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(11) | EP 0 030 895 B1 |
| (12) | FASCICULE DE BREVET EUROPEEN |
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Procédé de correction de la défocalisation transversale d'un paraboloide et dispositif correspondant de correction d'antenne parabolique Verfahren zur Korrektur der Querentfokussierung einer Parabolantenne und Vorrichtung zur Korrektur einer Parabolantenne Method of correcting the cross-defocusing of a paraboloid and matching device for correcting a parabolic antenna |
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| Il est rappelé que: Dans un délai de neuf mois à compter de la date de publication de la mention de la délivrance de brevet européen, toute personne peut faire opposition au brevet européen délivré, auprès de l'Office européen des brevets. L'opposition doit être formée par écrit et motivée. Elle n'est réputée formée qu'après paiement de la taxe d'opposition. (Art. 99(1) Convention sur le brevet européen). |
[0001] L'orientation d'un faisceau d'antennes paraboliques et d'un paraboloïde en général peut être obtenue de différentes manières.
[0002] Lorsque la source est liée rigidement au paraboloïde, on peut faire pivoter l'ensemble autour des axes de référence.
[0003] Ce peut être le cas des antennes paraboliques montées sur satellite où l'on stabilise alors tout le corps du satellite selon une direction de pointage déterminée.
[0004] On peut également constituer l'ensemble source-paraboloïde en un socle et orienter ce socle par rapport à son support.
[0006] On peut enfin orienter le paraboloïde par rapport à la source mais en ce cas apparaît un phénomène de défocalisation qui est à la fois axial et transversal et qui résulte du fait que le point de pivotement ne permet plus d'assujettir le foyer du paraboloïde à la source.
[0007] Ce dernier cas est pourtant le seul qui puisse être retenu lorsque, par exemple, sur un satellite de radio-diffusion sur lequel on doit réduire les pertes de puissance à l'émission, il importe d'assujettir le cornet contenant la source directement sur le corps même du satellite.
[0008] Ainsi, ce satellite est stabilisé grossièrement sur l'axe d'orientation tandis qu'un système de pointage fin amène le foyer du paraboloïde dans la direction visée.
[0010] Selon ces systèmes, l'antenne est liée à une plate-forme orientable par rapport au satellite et le dispositif d'orientation consiste essentiellement en un système électromagnétique particulier qui présente l'avantage d'éliminer les frottements générateurs de couples perturbateurs et qui a été décrit dans une autre demande de brevet européen de la Demanderesse EP-A-0 015 829 intitulée »Procédé électromagnétique pour régler l'orientation d'une plate-forme«.
[0011] Toutefois, si de tels systèmes résolvent bien les problèmes de frottements par absence de mécanismes, ils n'évitent pas pour autant le phénomène de défocalisation susmentionné, qui reste inhérent au fait que le point virtuel de rotation du paraboloïde est situé derrière ce paraboloide, donc très en arrière du foyer.
[0012] On pourrait envisager un dispositif permettant d'atténuer cette défocalisation à partir d'un système tripode ou tétrapode, du genre tel que celui décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3 871 778 par exemple.
[0013] Selon une telle conception, l'ensemble source-paraboloïde peut être symboliquement représenté par une pyramide tronquée à base triangulaire (ou carrée) dans laquelle la source fixe serait au sommet de ladite pyramide et la directrice du paraboloïde perpendiculaire au plan de la partie tronquée; la base étant pour sa part assujettie à une partie fixe.
[0014] De la sorte, la partie tronquée étant liée à cette base par des éléments axialement déformables axés selon les arêtes, il est possible d'obtenir par rotation des points de liaison, un déplacement des côtés de ladite partie tronquée qui s'effectue alors sensiblement dans le plan des faces latérales de ladite pyramide amenant ainsi un minimum d'écart entre le foyer et la source.
[0015] Malheureusement pour un tel dispositif, la raideur en torsion axiale reste très faible, ce qui requiert par exemple des moyens complémentaires avec parallélogrammes tels que ceux qui sont décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique sus-mentionné.
[0016] De plus, lorsque le système est tripode, il est nécessaire de combiner les détections d'erreurs de pointage pour la commande des moteurs d'orientation, ce qui requiert un couplage des axes en X et en Y.
[0017] Enfin, l'adaption destechniques électromagnétiques révélées par la Demanderesse dans sa demande de brevet européen EP-A-0015829 sus-indiquée, serait peu compatible avec de tels systèmes tripodes ou tétrapodes en raison de l'important débattement axial résultant qui diminue d'autant l'efficacité de l'installation du fait de l'importance des entrefers nécessaires.
[0018] En conséquence, l'invention propose un procédé de correction de défocalisation transversale d'un paraboloïde qui ne présente aucun des inconvénients précédemment décrits.
[0019] Selon l'invention, le paraboloïde est supporté sur une première plate-forme articulée transversalement selon un trapèze déformable et ladite première plate-forme est elle-même articulée orthogonalement sur une seconde plate-forme articulée selon un trapèze déformable lié à la base fixe.
[0020] De la sorte et sous l'action de moyens moteurs appropriés asservis agissant de manière indépendante sur les mouvements transversaux des plates-formes, le foyer du paraboloïde peut rester sensiblement confondu avec la source à une erreur du second degré près, négligeable dans la pratique mais qui sera néanmoins explicitée dans la suite du présent texte.
[0021] L'invention va être, de toutes manières, bien comprise dans la suite du présent texte qui donne, à titre d'exemple et à l'appui des dessins annexés, une forme de réalisation préférée de ladite invention pour un réflecteur d'antenne parabolique pour satellite.
[0022] Sur les dessins:
la figure 1 est un schéma en coupe représentant une source liée à un paraboloïde, l'ensemble étant assujetti au corps proprement dit;
la figure 2 est un schéma en coupe représentant une source liée au paraboloïde, l'ensemble étant pivoté sur le corps proprement dit;
la figure 3 est un schéma en coupe représentant une source non liée au paraboloïde qui est lui-même orientable par rapport au corps proprement dit;
la figure 4 est une vue schématique en perspective montrant les moyens mis en oeuvre dans l'invention pour corriger la défocalisation transversale d'un paraboloïde;
la figure 5 est un schéma géométrique montrant comment la correction de défocalisation transversale est obtenue dans une première conception selon l'invention;
la figure 6 est un schéma géométrique montrant comment la correction de défocalisation transversale est obtenue dans une seconde conception selon l'invention;
la figure 7 est un schéma géométrique montrant comment la correction de défocalisation transversale est obtenue dans une troisième conception l'invention; et
la figure 8 est une schématique en perspective montrant des moyens électromagnétiques connus de déplacement des plates-formes.
[0023] Sur la figure 1, le paraboloïde 1 est lié par le bâti 3 à la source S du cornet 2 située au foyer F et la directrice Z est orientée par pivotement du corps 4 autour des axes XX' et/ou YY'.
[0024] Sur la figure 2, le paraboloide l'est lié par le bâti 3' à la source S du cornet 2' située au foyer F et la directrice Z est orientée par pivotement de la rotule 5 autour des axes XX' et/ou YY'.
[0025] Par contre et si l'on se reporte à la figure 3, on voit que lorsque le paraboloïde 1" doit être orienté selon 6 en X et Y par rapport au bâti 3" lié à la source S du cornet 2", des problèmes apparaissent essentiellement au niveau de la défocalisation transversale.
[0026] En négligeant la défocalisation axiale qui reste relativement faible, on peut analyser l'importance de cette défocalisation transversale en se référant à l'étude de M. Leo Thourel faite dans »Les Techniques de l'Ingénieur« ref. E 3086, page 11: »Si le cornet (contenant la source S) se trouve déplacé suivant une ligne perpendiculaire à l'axe de symétrie et passant par le foyer (F), la variation de phase correspondante est une fonction impaire et il apparaît une déviation de direction de rayonnement maximal.
[0027] Si le centre de phase est en S, la direction SO faisant avec OZ un angle 0, il s'ensuit une variation de phase Φ(y) sur l'ouverture AB qui entraîne une déviation du faisceau ... et une dissymétrie dans le diagramme de rayonnement ..., un lobe secondaire important apparaît du côté opposé à la déviation (lobe de coma).
[0028] La défocalisation se traduit toujours par des pertes sur le gain de l'antenne car les faisceaux s'élargissent du fait que les rayons réfléchis par le réflecteur ne sont plus parallèles.«
[0029] Dans certaines applications spatiales, selon la figure 3, le corps 4" du satellite est orienté selon OZ par ses moyens de correction d'attitude propres tandis que le pointage qui, selon OZ, est obtenu à l'aide de moyens appropriés par correction autour des axes XX' et/ou YY' selon le point d'articulation 0 situé en 6, ce qui fait apparaître le défaut de défocalisation transversale sus-mentionné.
[0031] Par contre sur les satellites de radiodiffusion pour lesquels une réglementation très stricte limite étroitement le gabarit du faisceau émis, il est imposé une valeur a de 1° tolérée à ±0,02° près, ce qui correspond pratiquement à environ ±1 mm de défocalisation transversale entre foyer et source et qui ne peut être assuré par les moyens actuels connus.
[0032] A cet effet, l'invention propose un procédé de correction de la défocalisation transversale d'une antenne parabolique qui ne présente pas les inconvénients précités.
[0033] Selon l'invention, le foyer F du paraboloïde est maintenu dans le voisinage immédiat de la source S par le fait que le point 0 est déplacé transversalement à l'axe SZ de pointage, à l'aide d'un dispositif représenté schématiquement sur la figure 4 et dont le principe est exposé sur la figure 5 ou en variante sur les figures 6 et 7.
[0034] Sur la figure 4, le paraboloïde 10 de foyer F centré en S est lié par un pylône 9 à une première plate-forme 18 en trapèze articulé autour des axes XX'selon A, B, C et D de la figure 5.
[0036] La première plate-forme est articulée sur une deuxième plate-forme 19 en trapèze articulé sur la base 12 autour des axes Y - Y' selon A, B, C et D, figure 5.
[0037] Les côtés AB et CD sont également disposés au repos en direction des points confondus F et S.
[0038] Il est aisé de constater de la sorte que, lorsque le trapèze articulé, formé par la plate-forme 18 ou la plate-forme 19, est déplacé par pivotement autour des axes d'articulation X1, X1'-X3, X3' et X2, X2'-X4, X4' pour la plate-forme 18 et Y1, Y1'-Y3, Y3' et Y2, Y2'-Y4, Y4' pour la plate-forme 19, le foyer F du paraboloïde 10 va se trouver déplacé vers F' conformément à ce qui est représenté sur la figure 5.
[0039] Selon cette figure 5, la rotation de la droite BC autour du point F est obtenue par déformation du trapèze articulé ABCD et cette déformation A · B' . C'D permet de conjuguer rotation et translation de la droite BC de telle sorte que les déplacements du point F sur la médiatrice de BC restent très faibles au cours du mouvement.
[0041] Dans le cas présent, ce point F va se déplacer en F' d'une quantité d≃kα2, c'est-à-dire d'un terme du 2ème ordre en α si, bien entendu, AB et DC convergent initialement tous deux vers ce point F.
[0042] Selon la figure 6, dans une conception similaire à la figure 5, la base BC est cette fois fixe alors que la base AD est déformable selon A'D'. Là encore, F va se déplacer en F' d'une quantité d≃kα2, c'est-à-dire d'un terme du 2ème ordre en α si, bien entendu, AB et DC convergent initialement vers F.
[0044] Il est possible de concevoir d'autres cas où ils ne seraient plus parallèles, tel que cela est représenté par exemple sur la figure 7, mais néanmoins la convergence initiale de AB et DC en F devrait être conservée.
[0045] Bien entendu, la droite de visée F - S Z reste dans tous les cas initialement perpendiculaire à la droite BC, c'est-à-dire E= θ0° .
[0046] Le déplacement du foyer F en F' découle de lois géométriques classiques qui ne seront pas exposées ici.
[0047] Seul, peut être pris en considération le fait que ce déplacement résulte d'un terme du second ordre qui reste toujours dans les limites acceptables dans la pratique. Ainsi, on peut atteindre, avec un choix convenable de paramètres, une défocalisation < 1 mm pour un angle avoisinant 1°, ce qui est convenable sur une antenne de satellite de radiodiffusion.
[0048] Il doit être noté qu'une légère anomalie de convergence de AB et CD en avant ou en arrière de F-S n'est pas rédhibitoire en regard de l'application du procédé selon l'invention, seule la recherche de la minimisation de la défocalisation F - F' doit guider le choix de l'adaptation des paramètres.
[0049] Dans cet esprit, il pourrait, de même, être envisagé, pour des applications particulières, un choix différent de point de convergence pour une plate-forme par rapport à l'autre.
[0050] En revenant à la figure 4, on voit que les plates-formes 18 et 19 sont déplacées orthogonalement à l'aide de dispositifs électromagnétiques asservis à un détecteur de dépointage, ce qui autorise une grande raideur en torsion de l'ensemble.
[0051] Ces dispositifs électromagnétiques peuvent être du genre tel que ceux décrits dans la demande de brevet EP-A-0015829 précitée, repérés 16-17 sur la figure 4 et représentés à plus grande échelle sur la figure 8 et pour lesquels le principe de fonctionnement est rappelé ci-après.
[0052] Chaque plate-forme 18 ou 19 porte donc un bobinage plat situé dans son plan et dont les brins sont dans le sens du déplacement. Ces bobinages 21 et 22 sont connectés à un boîtier d'asservissement 23 relié à un détecteur de dépointage 7 (non représenté).
[0053] Les commandes d'ordre étant ainsi découplées, chaque bobinage voit le sens de circulation du courant s'établir selon, par exemple, les flèches de la figure 8.
[0054] Chaque bobinage est chevauché par un couple d'aimants 24-25, de polarité inversée, qui sont assujettis à la base fixe 12 par un support 26. La disposition des aimants et des bobines peut être inversée sans changer le résultat.
[0055] Selon le sens de circulation du courant et de son intensité, chaque plate-forme 18 ou 19 va donc se déplacer dans le champ magnétique dans le sens des flèches f1 ou f2 avec plus ou moins d'amplitude et ce conformément à la loi de LAPLACE.
[0056] De la sorte, du sens et de la valeur du courant envoyé sur chaque bobine vont dépendre le sens et la grandeur du déplacement de chaque plate-forme.
[0057] Bien entendu, la translation des plates-formes ne s'exerçant pas rigoureusement dans un plan, il importe de prévoir un espace de débattement (flèches e1, e2, e3, e4) pour chaque plate-forme.
[0058] Il est bien entendu possible de prévoir deux dispositifs par plate-forme sans que le principe ne s'en trouve modifié pour autant, chacun desdits dispositifs étant électriquement couplé en parallèle sur la boîte 23 (ou en redondance).
[0059] Il est de même à noter que pour les paraboloïdes utilisés dans le domaine électromagnétique des micro-ondes, la source d'émission et/ou de réception est, selon la manière connue, un cornet en guide d'ondes 8 à section progressivement croissante, solidaire de la base fixe.
[0060] Le paraboloïde constitue le réflecteur d'une antenne parabolique qui peut être mise en oeuvre, à travers l'invention, dans tous les domaines où elle est habituellement utilisée dès l'instant où la source S n'est pas assujettie à la directrice passant par le foyer F.
- à assujettir ledit paraboloïde (10) à une première plate-forme (18) perpendiculaire à l'axe de symétrie (Z) passant par le foyer (F) et articulée latéralement et parallèlement sur deux premières charnières doubles (X3-X3', X4-X4'), elles-mêmes articulées (X1-X1', X2-X2') parallèlement sur une deuxième plate-forme (19),
- à articuler ladite deuxième plate-forme (19) en ses côtés latéraux et orthogonalement aux deux premières charnières doubles sur deux deuxièmes charnières doubles (Y3-Y3', Y4-Y4'), elles-mêmes articulées (Y1 -Y1', Y2, Y2') parallèlement sur la partie fixe (12),
- à orienter les bras (AB-DC) desdites charnières doubles sensiblement et conjointement dans la direction du foyer (F) du paraboloïde initialement confondu avec la source (S),
- à disposer de moyens (16, 17) de déplacement desdites plates-formes (18,19),
- à asservir cesdits moyens de déplacement à un détecteur de dépointage (7),
lesdites actions ayant pour effet de corriger en permanence la défocalisation transversale du paraboloïde (10) en maintenant constamment son foyer (F) dans le voisinage immédiat de la source (S).
- une première plate-forme (18) perpendiculaire à l'axe de symétrie (Z) passant par le foyer (F) du paraboloïde (10) auquel elle est assujettie,
- un premier jeu de deux charnières doubles articulées (X3-X3', X4-X4'), d'une part, parallèlement sur deux côtés de ladite première plate-forme (18) et articulées (X1-X1', X2-X2'), d'autre part, parallèlement sur deux côtés d'une deuxième plate-forme (19),
- une deuxième plate-forme (19) articulée, d'une part, sur lesdites deux charnières doubles et d'autre part orthogonalement, sur deux autres charnières doubles (Y3-Y3', Y4-Y4'),
- un deuxième jeu de deux charnières doubles articulées (Y3-Y3', Y4-Y4') parallèlement sur deux côtés de ladite deuxième plate-forme (19) et articulées (Y1-Y1', Y2-Y2'), d'autre part, parallèlement sur la partie fixe (12),
- des moyens électromagnétiques (16-17) pour déplacer lesdites plates-formes (18, 19),
- et un moyen d'asservissement (23) desdits moyens électromagnétiques à un détecteur de dépointage (7).
- au moins un bobinage plat (21 ou 22) sur le côté de chaque plate-forme (18, 19), dont les brins sont perpendiculaires au sens de déplacement (f1 ou f2) de ladite plate-forme,
- un couple d'aimants (24, 25), lié à la partie fixe (12) ou mobile devant se déplacer par rapport à la bobine, chevauchant chaque bobinage (21, 22), et disposé de telle sorte que le champ magnétique coupe les conducteurs des bobines afin de produire par les forces Laplaciennes l'amplitude du déplacement dans un sens ou dans l'autre selon le sens de circulation du courant dans lesdits conducteurs de bobinage,
- un boîtier d'asservissement (23) recevant des signaux du détecteur de dépointage (7) et fournissant un courant proportionnel sur les bobinages (21, 22).
daß die Parabolantenne (10) auf einer ersten Plattform (18) befestigt wird, die senkrecht zur durch den Brennpunkt (F) gehenden Symmetrieachse (Z) angeordnet ist und an zwei ersten Doppelgelenken (X3-X3', X4-X4') seitlich und parallel angelenkt ist, die ihrerseits auf einer zweiten Plattform (19) parallel angelenkt sind (X1 -X1', X2-X2'),
daß die zweite Plattform (19) mit ihren Seitenteilen seitlich und senkrecht zu den beiden ersten Doppelgelenken an zwei zweiten Doppelgelenken (Y3-Y3', Y4-Y4') angelenkt wird, die ihrerseits parallel auf dem festen Teil (12) angelenkt sind (Y1-Y1', Y2-Y2'),
daß die Arme (AB-DC) dieser Doppelgelenke feinfühlig und gemeinsam in der Richtung auf den anfangs mit der Quelle (S) zusammenfallenden Brennpunkt (F) der Parabolantenne ausgerichtet werden,
daß Einrichtungen (16, 17) zur Verschiebung der Plattformen (18,19) vorgesehen werden, daß diese Verschiebungseinrichtungen von ei-
; nem Abweichungsdetektor (7) gesteuert werden,
und daß diese Maßnahmen dazu dienen, die Querentfokussierung einer Parabolantenne (10) permanent zu korrigieren, indem ihr Brennpunkt (F) ständig in unmittelbarer Nachbarschaft der Quelle (S) gehalten wird.
einen ersten Satz zweier Doppelgelenke, die einerseits parallel an zwei Seitenteilen der ersten Plattform (18) angelenkt sind (X3-X3', X4-X4') und andererseits parallel an zwei Seitenteilen einer ersten Plattform (19) angelenkt sind (X1 -X1', X2-X2'),
eine zweite Plattform (19), die einerseits an den beiden Doppelgelenken und andererseits senkrecht an zwei weiteren Doppelgelenken (Y3-Y3', Y4-Y4') angelenkt ist,
einen zweiten Satz zweier Doppelgelenke, die parallel an zwei Seitenteilen der zweiten Plattform (19) angelenkt sind (Y3-Y3', Y4-Y4') und andererseits parallel am festen Teil (12) angelenkt sind (Y1 - Y1', Y2 - Y2'), elektromagnetische Einrichtungen (16, 17) zum Verschieben der Plattformen (18, 19),
und eine Einrichtung (23) zur Steuerung der elektromagnetischen Einrichtungen nach einem Abweichungsdetektor (7).
daß die Verschiebungseinrichtungen mindestens eine Flachspule (21 oder 22) auf dem Seitenteil jeder Plattform (18, 19) umfassen, deren Drähte senkrecht zur Verschiebungseinrichtung (f1 oderf2) der Plattform verlaufen, daß ein Magnetpaar (24, 25) mit dem festen Teil (12) verbunden oder beweglich ist, bevor es sich bezüglich der Spule verschiebt, jede Wicklung (21, 22) übergreift und derart angeordnet ist, daß das Magnetfeld die Spulenleiter schneidet, um mit den Laplace-Kräften der Verschiebungsamplitude in einer Richtung oder in einer anderen entsprechend der Stromflußrichtung in den Spulenleitern zu erzeugen,
und daß ein Steuergehäuse (23) vorgesehen ist, das die Signale des Abweichungsdetektors (7) erhält und einen proportionalen Strom an die Spulen (21,22) liefert.
8. Anwendung einer Parabolantenne nach einem der Ansprüche 6 oder 7 in einem Rundfunk- und/oder Fernsehsatelliten, wobei die Querentfokussierung der Parabolantenne für einen Abweichungswinkel in der Größe von 1° geringer ist als 1 mm.
- fixing said paraboloid (10) to a first platform (18) perpendicular to the symmetry axis (Z) passing through the focus (F) and articulated laterally and in parallel to two first double hinges (X3-X3', X4-X4') themselves articulated in parallel (X1--X1', X2-X2') to a second platform (19),
- articulating said second platform (19) on its lateral sides and orthogonally of both of the first double hinges to two second double hinges (Y3-Y3', Y4-Y4'), themselves articulated in parallel (Y1 -Y1', Y2-Y2') to the fixed part (12),
- orienting the arms (AB-DC) of said double hinges substantially and conjointly in the direction of the focus (F) of the paraboloid initially aligned with the source (S),
- providing means (16, 17) for moving said platforms (18,19),
- servo-controlling said moving means by a depointing sensor (7),
- said actions having the effect of permanently correcting cross-defocusing of the paraboloid (10) by constantly maintaining its focus (F) in the immediate neighbourhood of the source (S).
- a first platform (18) perpendicular to the symmetry axis (Z) passing through the focus (F) of the paraboloid (10) to which it is fixed,
- a first set of two double hinges (X3-X3', X4-X4') articulated in parallel to two sides of said first platform (18), on the one hand, and on the other hand, articulated (X1 -X1', X2 - X2') in parallel to two sides of a second platform (19),
- a second platform (19) articulated to said two double hinges, on the one hand, and on the other hand, orthogonally, to two other double hinges (Y3-Y3', Y4-Y4'),
- a second set of two double hinges articulated (Y3-Y3', Y4-Y4') in parallel to two sides of said second platform (19), on the one hand, and on the other hand, articulated (Y1-Y1', Y2-Y2') in parallel to the fixed part (12),
- electro-magnetic means (16, 17) for moving said platforms (18,19),
- and, means (23) for servo-controlling said electro-magnetic means by a depointing sensor (7).
- at least one flat winding (21 or 22) on the side of each platform (18, 19), the wires of which are perpendicular to the direction of movement (f1 or f2) of said platform,
- a pair of magnets (24, 25) connected to the fixed part (12) or the movable part that should move in respect to the winding, spanning each winding (21, 22) and being disposed in such way that the magnetic field intersects the winding conductors to produce through Laplace forces the amplitude of the movement in one or the other direction, depending on the direction of flow of the current in said winding conductors,
- a servo-control box (23) for receiving signals from the depointing sensor (7) and supplying windings (21, 22) with current proportional thereto.