ANTENNE PLATE DE TELECOMMUNICATION PAR SATELLITE

Description

Domaine de l'invention

[0001] La présente invention se rapporte au domaine des antennes plates de télécommunication par satellite. L'invention est particulièrement adaptée aux aéronefs.

[0002] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour l'émission et la réception des données vers ou depuis un satellite notamment pour les télécommunications par satellites de type Satcom (acronyme de communication par satellite ou « Satellite communications » en terminologie anglo-saxonne).

Etat de la technique

[0003] Pour certaines applications de télécommunications, notamment aéroportées, il est nécessaire d'utiliser des antennes plates de très faible épaisseur afin de ne pas modifier le profil aérodynamique du porteur, par exemple lorsque l'antenne est positionnée sur la surface d'un aéronef.

[0004] Ces antennes de télécommunication comportent une surface plane comprenant au moins une ligne rayonnante apte à transmettre et recevoir des signaux d'une fréquence déterminée en fonction de la forme de la ligne rayonnante. Les signaux sont émis et reçus dans la direction du satellite qui peut être dépointée par rapport à la direction normale de l'antenne en fonction des mouvements du porteur. Plus spécifiquement, ces antennes doivent pointer un faisceau très directif à l'intérieur d'un cône d'au moins 60° de demi-angle afin que le gain de l'antenne reste suffisant pour garantir le rapport signal sur bruit nécessaire à la qualité de la liaison.

[0005] Une solution connue pour réaliser ce pointage consiste à utiliser une antenne plate 100 telle que décrite sur la Figure 1. Cette antenne plate 100 s'étend dans un plan xy sur une paroi externe 101 d'un aéronef. Des lignes rayonnantes 102 de l'antenne plate 100 émettent et reçoivent des signaux dans une direction dépointée 103 d'un angle α par rapport à la direction z normale à la surface de l'antenne plate 100 dans le plan perpendiculaire aux lignes rayonnantes 102 (xoz). Ce dépointage nécessite un réglage de la phase sur chaque ligne rayonnante au moyen par exemple de déphaseurs électroniques programmables. La phase ϕ_i à afficher sur la ligne i pour obtenir un pointage dans la direction α est donnée par l'expression :

avec : i correspondant à l'indice de la ligne, d au pas entre les lignes et λ à la longueur d'onde.

[0006] Afin de dépointer les signaux reçus dans un cône, l'antenne plate 100 est de plus mobile en rotation β autour d'un axe z orthonormé avec les axes xy.

[0007] Cette première solution permet de balayer électroniquement toutes les directions de pointage à l'intérieur du cône.

[0008] Cependant la direction du pointage en α est variable avec la longueur d'onde λ et ne permet pas un fonctionnement simultané dans deux bandes de fréquences très différentes comme en Satcom bande Ka par exemple (20GHz en réception , 30GHz en émission).

[0009] Pour remédier à ce problème, il est connu d'utiliser une lentille de ROTMAN décrite, par exemple, dans le brevet américain N° US 3,170,158. La lentille de ROTMAN est un dispositif connu permettant habituellement d'obtenir une antenne rayonnant plusieurs faisceaux dépointés dans un plan. La lentille est munie de N accès donnant chacun un faisceau dans une direction donnée indépendante de la fréquence. Le balayage angulaire est obtenu par commutation entre les N faisceaux disponibles.

[0010] La lentille est formée par l'espace entre deux plans conducteurs parallèles, le réseau d'entrée est constitué de cornets fixes réalisés en guide d'onde rayonnant une polarisation perpendiculaire aux plans métalliques. Le réseau de sortie peut être constitué par des éléments de type monopôles perpendiculaires aux plans métalliques et permettant de prélever l'énergie rayonnée par les cornets du réseau d'entrée. Le réseau linéaire des éléments rayonnant est alimenté par l'intermédiaire de liaisons (coaxiales par exemple) de longueurs telles que l'onde rayonnée soit plane.

[0011] Selon un principe voisin, le brevet américain N° US 8,284,102, divulgue un déphaseur électronique comprenant un sélectionneur électronique pour un réseau de sources linéaire ou courbe. La focalisation de l'antenne est réalisée par des éléments réflecteurs internes et des moyens de focalisation diélectrique ou réfractif.

[0012] Cette deuxième solution permet de disposer d'une antenne plate fixe sur la surface d'un aéronef. Cependant, cette solution limite le nombre de direction que peut pointer l'antenne en fonction du nombre de sources. De plus, l'implantation d'un réseau de sources linéaire et des moyens de sélection électronique augmente l'encombrement de l'antenne plate. L'art antérieur US5398035 décrit un système d'antenne à réflecteur à onde millimétrique par satellite pour le suivi de satellite mobile.

Exposé de l'invention

[0013] La présente invention entend remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant une antenne plate fixe munie d'un cornet mobile afin de balayer continument toutes les directions.

[0014] A cet effet, la présente invention concerne, une antenne plate de télécommunication par satellite comprenant une platine rayonnante comprenant au moins une ligne rayonnante, et un moyen d'adaptation apte à modifier le retard des champs émis ou reçus par l'au moins une ligne rayonnante, ledit moyen d'adaptation comportant un cornet mobile en rotation entre deux plaques métalliques contenant un réseau de capteurs, et au moins un câble coaxial connecté entre au moins un capteur du réseau et l'au moins une ligne rayonnante, la longueur de l'au moins un câble coaxial étant adaptée pour introduire un retard nécessaire à la focalisation de l'onde rayonnée par la platine rayonnante.

[0015] L'invention permet ainsi de balayer en continu toutes les directions associées à chaque position du cornet mobile. L'invention permet de fixer l'antenne sur une surface plane limitant ainsi la fragilité de l'antenne et améliorant l'aérodynamisme du porteur de l'antenne.

[0016] Cette structure d'antenne fonctionne dans une très large bande de fréquence car elle donne un pointage indépendant de la fréquence.

[0017] Selon un mode de réalisation, le cornet est apte à transmettre entre les plaques métalliques une onde dont le champ électrique est perpendiculaire aux plaques métalliques.

[0018] Selon un mode de réalisation, ledit moyen d'adaptation comporte également un réseau de monopôles capteurs fixé sur au moins une plaque métallique, l'au moins un câble coaxial étant connecté entre ledit réseau de monopôles capteurs et l'au moins une ligne rayonnante. Les monopôles capteurs sont connectés en réseau et aptes à prélever l'énergie émise par le cornet à un pas inférieur à ½ longueur d'onde. Le réseau de monopôles capteurs peut être constitué de simples brins métalliques (monopôles) ou de fentes ou de tout autre type d'antenne élémentaire. Ce mode de réalisation permet ainsi de transmettre l'énergie captée par le cornet aux lignes rayonnantes.

[0019] Selon un mode de réalisation, ledit réseau de monopôles capteurs comporte une surface fermée par un réflecteur métallique. Le réflecteur métallique permet de limiter le rayonnement du réseau de monopôles du côté du cornet.

[0020] Selon un mode de réalisation, ledit réflecteur métallique est positionné à ¼ de longueur d'onde à l'arrière des monopôles capteurs.

[0021] Selon un mode de réalisation, la longueur de l'au moins un câble coaxial est adapté à introduire un retard supplémentaire permettant d'obtenir un pointage fixe initial de telle sorte que le pointage total varie de 0° à 60° pour un déplacement symétrique du cornet de ± 30° environ. Ce mode de réalisation, associé à la rotation globale de l'antenne sur 360° autour de son axe z permet de contenir toutes les directions dans un cône de demi-angle 60° centré sur la direction normale à l'antenne.

[0022] Selon un mode de réalisation, les deux plaques métalliques sont fixées sur un plan parallèle au plan de ladite platine rayonnante.

[0023] Selon un mode de réalisation, ladite platine rayonnante comporte plusieurs lignes rayonnantes espacées d'une demi-longueur d'onde environ. Ce mode de réalisation permet notamment d'éviter des problèmes liés aux lobes de réseau.

[0024] Selon un mode de réalisation, ladite platine rayonnante comporte plusieurs lignes rayonnantes constituées d'un alignement d'éléments rayonnants tels que des dipôles, des patchs ou des fentes.

[0025] Selon un mode de réalisation, ladite platine rayonnante comporte plusieurs lignes rayonnantes comportant chacune un répartiteur à une entrée et plusieurs sorties correspondant au nombre d'éléments rayonnants de la ligne rayonnante.

Brève description des dessins

[0026] On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ci-après à titre purement explicatif, des modes de réalisation de l'invention, en référence aux Figures dans lesquelles :

• la Figure 1 illustre une antenne de télécommunications par satellite plate et mobile selon l'état de la technique ;
• la Figure 2 illustre une antenne de télécommunications par satellite plate selon un mode de réalisation de l'invention ; et
• la Figure 3 illustre le cornet mobile de l'antenne de la Figure 2.

Description détaillée des modes de réalisation de l'invention

[0027] La Figure 2 révèle une antenne plate 10 de télécommunications par satellite constituée d'une platine rayonnante 16 reliée à un moyen d'adaptation 11 apte à modifier les retards des champs émis ou reçus par la platine rayonnante 16.

[0028] La platine rayonnante 16 s'étend dans un plan xy et comporte plusieurs lignes rayonnantes 17 disposées suivant l'axe y à un pas voisin d'une demi longueur d'onde suivant l'axe x. Chaque ligne rayonnante 17 est constituée d'un alignement de N éléments rayonnants (non représentés), par exemple des dipôles, des patchs ou des fentes disposés à un pas inférieur à une longueur d'onde suivant l'axe des y et alimentés par un répartiteur comportant une entrée et N sorties.

[0029] Le moyen d'adaptation 11 est constitué d'un cornet 12 mobile en rotation entre deux plaques métalliques 13a et 13b parallèles à la platine rayonnante 16. Le cornet 12, représenté sur la Figure 3, est mobile en rotation autour de l'axe z' (parallèle ou confondu avec l'axe z) s'étendant dans une direction normale au plan xy. La mobilité du cornet 12 est assurée par un guide 20 commandé numériquement.

[0030] Le cornet 12 rayonne entre les deux plaques métalliques 13a, 13b une onde TEM (pour transverse électrique-magnétique) dont le champ électrique est perpendiculaires aux plaques métalliques 13a, 13b. Un réseau de monopôles 14 est fixé sur la plaque métallique supérieure 13a afin de capter l'onde TEM. L'arrière du réseau de monopôles 14 est fermé par un réflecteur métallique 15 situé à environ ¼ de longueur d'onde afin de fermer le moyen d'adaptation.

[0031] Chaque monopôle du réseau 14 est connecté à chaque ligne rayonnante 17 de la platine rayonnante 16 par l'intermédiaire d'un câble coaxial 18. Les câbles coaxiaux 18 sont tous de longueurs différentes et introduisent le retard nécessaire à la focalisation de l'onde rayonnée par la platine rayonnante 16. Ils introduisent également un retard supplémentaire permettant d'obtenir un pointage fixe initial de telle sorte que le pointage total varie de 0° à 60° pour un déplacement symétrique du cornet 12.

[0032] L'invention permet ainsi de pointer toutes les directions contenues dans le cône de demi-angle 60° centré sur l'axe z par l'intermédiaire d'une rotation du cornet 12 de ±30° environ autour de l'axe z' et d'une rotation de l'ensemble antenne de 360° autour de l'axe z. Cette structure d'antenne fonctionne dans une très large bande de fréquences car le cornet mobile 12 permet d'obtenir un pointage indépendant de la fréquence.

Revendications

1. Antenne plate (10) de télécommunication par satellite comprenant :

- une platine rayonnante (16), dans un plan, comprenant au moins une ligne rayonnante (17), et

- un moyen d'adaptation (11), apte à modifier le retard des champs émis ou reçus par l'au moins une ligne rayonnante (17),

caractérisée en ce que ledit moyen d'adaptation (11) comporte :

- un cornet (12) mobile en rotation, autour d'un axe perpendiculaire au plan, entre les deux plaques métalliques (13a, 13b) parallèles audit plan et contenant un réseau de capteurs (14), et

- au moins un câble coaxial (8) connecté entre au moins un capteur du réseau (14) et l'au moins une ligne rayonnante (17),

- la longueur de l'au moins un câble coaxial (8) étant adaptée pour introduire un retard nécessaire à la focalisation de l'onde rayonnée par l'au moins une ligne rayonnante (17).

2. Antenne plate selon la revendication 1, caractérisée en ce que le cornet (12) est apte à transmettre entre les plaques métalliques (13a, 13b) une onde dont le champ électrique est perpendiculaires aux plaques métalliques (13a, 13b).

3. Antenne plate selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit moyen d'adaptation (11) comporte également un réseau de monopôles capteurs (14) fixé sur au moins une plaque métallique (13a, 13b), l'au moins un câble coaxial (8) étant connecté entre ledit réseau de monopôles capteurs (14) et l'au moins une ligne rayonnante (17).

4. Antenne plate selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit réseau de monopôles capteurs (14) comporte une surface fermée par un réflecteur métallique (5).

5. Antenne plate selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit réflecteur métallique (5) est positionné à ¼ de longueur d'onde du réseau de monopôles capteurs (14).

6. Antenne plate selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la longueur de l'au moins un câble coaxial (8) est adapté à introduire un retard supplémentaire permettant d'obtenir un pointage fixe initial de telle sorte que le pointage total varie de 0° à 60° pour un déplacement symétrique du cornet (12).

7. Antenne plate selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les deux plaques métalliques (13a, 13b) sont fixées sur un plan parallèle au plan de ladite platine rayonnante (16).

8. Antenne plate selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ladite platine rayonnante (16) comporte plusieurs lignes rayonnantes (17) espacées d'une demi-longueur d'onde environ.

9. Antenne plate selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que ladite platine rayonnante (16) comporte plusieurs lignes rayonnantes (17) constituées d'un alignement d'éléments rayonnants tels que des dipôles, des patchs ou des fentes.

10. Antenne plate selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que ladite platine rayonnante (16) comporte plusieurs lignes rayonnantes (17) comportant chacune un répartiteur à une entrée et plusieurs sorties correspondant au nombre d'éléments rayonnants de la ligne rayonnante.

Ansprüche

1. Flachantenne (10) zur Satellitentelekommunikation, umfassend:

- eine in einer Ebene strahlende Platine (16), umfassend mindestens eine strahlende Leitung (17) und

- ein Anpassungsmittel (11), das in der Lage ist, den Verzug der durch die mindestens eine strahlende Leitung (17) emittierten oder empfangenen Felder zu modifizieren,

dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassungsmittel (11) Folgendes umfasst:

- ein um eine Achse senkrecht zur Ebene rotationsmobiles Horn (12) zwischen den zwei Metallplatten (13a, 13b), die zur Ebene parallel sind und ein Sensorennetz (14) enthalten und

- mindestens ein zwischen mindestens einem Netzsensor (14) und der mindestens einen strahlenden Leitung (17) angeschlossenes Koaxialkabel (8),

- wobei die Länge des mindestens einen Koaxialkabels (8) zum Einführen eines notwendigen Verzugs der Fokussierung der gestrahlten Welle durch die mindestens eine strahlende Leitung (17) angepasst ist.

2. Flachantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Horn (12) in der Lage ist, zwischen den Metallplatten (13a, 13b) eine Welle zu übertragen, deren elektrisches Feld senkrecht zu den Metallplatten (13a, 13b) steht.

3. Flachantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassungsmittel (11) ebenfalls ein auf mindestens einer Metallplatte (13a, 13b) fixiertes Monopolsensorennetz (14) umfasst, wobei das mindestens eine Koaxialkabel (8) zwischen dem Monopolsensorennetz (14) und der mindestens einen strahlenden Leitung (17) angeschlossen ist.

4. Flachantenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Monopolsensorennetz (14) eine durch einen Metallreflektor (5) geschlossene Oberfläche umfasst.

5. Flachantenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallreflektor (5) bei 1/4 der Wellenlänge vom Monopolsensorennetz (14) positioniert ist.

6. Flachantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des mindestens einen Koaxialkabels (8) angepasst ist, einen zusätzlichen Verzug einzuführen, der es erlaubt, eine anfängliche fixe Ausrichtung auf eine Weise zu erhalten, dass die Gesamtausrichtung für eine symmetrische Verstellung des Horns (12) von 0° bis 60° variiert.

7. Flachantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Metallplatten (13a, 13b) in einer Ebene befestigt sind, die parallel zur Ebene der strahlenden Platine (16) ist.

8. Flachantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlende Platine (16) mehrere strahlende Leitungen (17) umfasst, die um etwa eine halbe Wellenlänge beabstandet sind.

9. Flachantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlende Platine (16) mehrere strahlende Leitungen (17) umfasst, die aus einer Ausrichtung von strahlenden Elementen wie Dipolen, Patches oder Schlitzen, bestehen.

10. Flachantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlende Platine (16) mehrere strahlende Leitungen (17) umfasst, die jeweils einen Verteiler mit einem Eingang und mehreren Ausgängen entsprechend der Anzahl an strahlenden Elementen der strahlenden Leitungen umfassen.

Claims

1. Flat antenna (10) for satellite communication comprising:

- a radiating plate (16), in a plane, comprising at least one radiating line (17), and

- means of adaptation (11), adapted to modify the delay of the fields transmitted or received by the at least one radiating line (17),

characterized in that said means of adaptation (11) comprise:

a horn (12) that is movable in rotation around an axis perpendicular to the plane, between the two metal plates (13a, 13b), parallel to said plane and containing a sensor network (14),
and

at least one coaxial cable (8) connected between at least one sensor of the network (14) and the at least one radiating line (17),

the length of the at least one coaxial cable (8) being adapted to introduce a delay necessary for the focusing of the radiated wave by the at least one radiating line (17).

2. Flat antenna according to claim 1, characterized in that the horn (12) is adapted to transmit between the metal plates (13a, 13b) a wave whose electric field is perpendicular to the metal plates (13a, 13b).

3. Flat antenna according to claim 1 or 2, characterized in that said means of adaptation (11) also comprise a sensor monopole network (14) fixed on at least one metal plate (13a, 13b), the at least one coaxial cable (8) being connected between said network of sensor monopoles (14) and the at least one radiating line (17).

4. Flat antenna according to claim 3, characterized in that said sensor monopole network (14) comprises a surface closed by a metal reflector (5).

5. Flat antenna according to claim 4, characterized in that said metal reflector (5) is positioned at 1/4 wavelength from the sensor monopole network (14).

6. Flat antenna according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the length of the at least one coaxial cable (8) is adapted to introduce an additional delay making it possible to obtain an initial fixed pointing so that the total pointing varies from 0° to 60° for a symmetrical displacement of the horn (12).

7. Flat antenna according to one of claims 1 to 6, characterized in that the two metal plates (13a, 13b) are fixed on a plane parallel to the plane of said radiating plate (16).

8. Flat antenna according to one of claims 1 to 7, characterized in that said radiating plate (16) comprises a plurality of radiating lines (17) spaced by a half-wavelength.

9. Flat antenna according to one of claims 1 to 8, characterized in that said radiating plate (16) comprises a plurality of radiating lines (17) consisting of an alignment of radiating elements such as dipoles, patches or slots.

10. Flat antenna according to one of claims 1 to 9, characterized in that said radiating plate (16) comprises a plurality of radiating lines (17) each having a distributor with an input and a plurality of outputs corresponding to the number of radiating elements of the radiant line.

Dessins