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Title:
ANTENNA FOR ORBITING SATELLITE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1998/042042
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention concerns an antenna for re-transmitting to the ground images produced by an orbiting satellite imaging instruments, characterised in that it comprises a plurality of elementary radiating antennae (1) with a plurality of cords regularly distributed in helix about a common rotation generator and means for supplying the various cords with power of equal amplitude The invention is characterised in that these various elementary antennae are aligned and the plane wherein these various elementary antennae are distributed is designed, when the satellite is in orbit, to be perpendicular to the direction of the satellite speed vector and the antenna also comprises means (2) for shifting the phase of the power supply to these various elementary antennae which are capable of electronically defocusing the elongated beam generated by said elementary antennae.

Inventors:
Diez, Hubert (8 rue du Bocage, Leguevin, Leguevin, F-31490, FR)
Application Number:
PCT/FR1998/000535
Publication Date:
September 24, 1998
Filing Date:
March 17, 1998
Export Citation:
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Assignee:
CENTRE NATIONAL D'ETUDES SPATIALES (2 place Maurice Quentin, Paris, Paris, F-75001, FR)
Diez, Hubert (8 rue du Bocage, Leguevin, Leguevin, F-31490, FR)
International Classes:
H01Q3/30; H01Q11/08; H01Q21/06; (IPC1-7): H01Q21/06; H01Q3/30; H01Q11/08
Foreign References:
US5345248A
US5041842A
Other References:
IMBRIALE ET AL.: "AN S-BAND PHASED ARRAY FOR MULTIPLE ACCESS COMMUNICATIONS" NTC 77 CONFERENCE RECORD , VOLUME 2 , 1977, vol. 2, 1977, pages 19:3-1-19:3-7, XP002048969
GL\CKLER: "PHASED ARRAY FOR MILLIMETER WAVE FREQUENCIES" INTERNATIONAL JOURNAL OF INFRARED AND MILLIMETER WAVES., vol. 11, no. 2, février 1990, NEW YORK US, pages 101-110, XP000150643
See also references of EP 1010214A1
Attorney, Agent or Firm:
Martin, Jean-jacques (Cabinet Regimbeau, 26 avenue Kl�ber, Paris, F-75116, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS
1. Antenne pour la retransmission au sol d'images collectées par des instruments de prise de vue d'un satellite à défilement, caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité d'antennes élémentaires de rayonnement (1) du type présentant une pluralité de brins répartis régulièrement en hélice autour d'une mme génératrice de révolution ainsi que des moyens d'alimentation équiamplitude des différents brins, en ce que ces différentes antennes élémentaires sont alignées et en ce que le plan dans lequel ces différentes antennes élémentaires sont réparties est destiné, lorsque le satellite est en orbite, à tre perpendiculaire à la direction du vecteur vitesse du satellite et en ce qu'elle comporte également des moyens (2) de déphasage de l'alimentation de ces différentes antennes élémentaires qui sont aptes à réaliser un dépointage électronique du faisceau allongé généré par lesdites antennes élémentaires.
2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le nombre d'éléments rayonnants élémentaires (1) est égal ou supérieur à cinq.
3. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les éléments rayonnants élémentaires (1) sont décalés les uns par rapport aux autres avec un pas choisi de façon à éviter les lobes de réseaux.
4. Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce que, pour une fréquence d'émission de 8000 MHz, le pas entre deux éléments rayonnants élémentaires est de l'ordre de 19 mm.
5. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de déphasage sont codés sur trois à huit bits.
6. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de déphasage (2) sont du type à ferrite.
7. Antenne caractérisée en ce qu'elle comporte plusieurs antennes en ligne selon l'une des revendications précédentes et des moyens de commutation permettant de basculer d'une antenne en ligne à une autre en fonction des mouvements du satellite, et notamment de ses mouvements de roulis.
8. Antenne selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de motorisation qui permettent de modifier l'orientation de la (ou des) ligne (s) d'éléments rayonnants élémentaires pour compenser les mouvements potentiels du satellite, notamment ses mouvements de roulis.
Description:
ANTENNE POUR SATELLITE A DEFILEMENT La présente invention est relative aux antennes pour satellites à défilement.

A ce jour, les antennes utilisées par les satellites à défilement sont soit des antennes de type omnidirectionnel (SPOT, ERS, etc) soit de type directif pointable (LANDSAT, etc).

Dans ce dernier cas, le faisceau est gaussien et le balayage est réalisé à l'aide d'un mécanisme de pointage, l'antenne se comportant quant à elle comme un réflecteur parabolique centré de conception classique.

Un but de l'invention est de proposer une antenne pour satellite à défilement qui ne nécessite aucun mécanisme de pointage, qui présente un gain supérieur aux antennes omnidirectionnelles et qui est peu encombrante et d'un faible coût.

A cet effet, l'invention propose une antenne pour la retransmission au sol d'images collectées par des instruments de prise de vue d'un satellite à défilement, caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité d'antennes élémentaires de rayonnement du type présentant une pluralité de brins répartis régulièrement en hélice autour d'une mme génératrice de révolution ainsi que des moyens d'alimentation équi-amplitude des différents brins, en ce que ces différentes antennes élémentaires sont alignées et en ce que le plan dans lequel ces différentes antennes élémentaires sont réparties est destiné, lorsque le satellite est en orbite, à tre perpendiculaire à la direction du vecteur vitesse du satellite et en ce qu'elle comporte des moyens de déphasage de l'alimentation de ces différentes antennes élémentaires qui sont aptes à réaliser un dépointage électronique du faisceau allongé généré par lesdites antennes élémentaires.

On notera qu'avec une telle répartition d'antennes élémentaires à diagramme formé, le faisceau

d'émission réalisé est un faisceau de type elliptique ("fan beans"selon la terminologie anglo-saxonne) qui s'étend dans une direction parallèle à celle du vecteur vitesse du satellite.

Le dépointage de ce faisceau sur une longitude donnée permet d'atteindre, pendant tout le temps de passage d'un satellite, une station se trouvant à cette longitude, et ce sans avoir besoin de modifier ce dépointage au fur et à mesure que le satellite avance.

On comprend qu'une telle structure d'antenne ne nécessite pas une électronique compliquée et permet des hauts débits de transmission.

Cette antenne est avantageusement complétée par les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou selon toutes leurs combinaisons possibles : -le nombre d'éléments rayonnants élémentaires est égal ou supérieur à cinq ; -les éléments rayonnants élémentaires sont décalés les uns par rapport aux autres avec un pas choisi de façon à éviter les lobes de réseaux ; -pour une fréquence d'émission à 8000 MHz, le pas entre deux antennes élémentaires est de l'ordre de 19 mm ; -les moyens de déphasage sont codés sur 3 à 8- bits ; -les moyens de déphasage sont du type à ferrite.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit. Cette description est purement illustrative et non limitative. Elle doit tre lue en regard des dessins annexés sur lesquels : -la figure 1 est une représentation schématique illustrant une antenne conforme à un mode de réalisation de l'invention ;

-la figure 2 est un graphe sur lequel on a porté le diagramme d'un élément rayonnant élémentaire de l'antenne de la figure 1 ; -les figures 3 à 6 illustrent différents diagrammes de couvertures obtenus avec l'antenne de la figure 1.

L'antenne illustrée sur la figure 1 comporte une pluralité d'éléments rayonnants élémentaires référencés par 1.

Ces éléments rayonnants élémentaires 1 comportent chacun une pluralité de brins hélicoïdaux répartis régulièrement autour d'une mme génératrice de révolution. La génératrice est par exemple conique ou cylindrique. Ces brins sont alimentés de façon équi- amplitude.

Par exemple, ces brins sont au nombre de quatre et définissent quatre hélices identiques, décalées de z/2 les unes par rapport aux autres. Ces quatre brins sont avantageusement alimentés en quadrature de phase.

Le diagramme angulaire de rayonnement d'un tel élément rayonnant élémentaire est du type de celui illustré sur la figure 2.

Ce diagramme correspond au diagramme obtenu pour une hauteur axiale d'élément rayonnant de 0,050 m, un rayon de base de 0,018 m, ainsi qu'une fréquence d'émission de 8000 MHz. Il est rapporté à une sphère de mesure de 10 m de diamètre.

On notera que les éléments rayonnants élémentaires à plusieurs brins en hélice présentent, comme on le verra plus loin, l'avantage de présenter plus de gains à 50° qu'à 0° et donc de permettre de compenser les pertes de dépointage.

Les éléments rayonnants élémentaires 1 sont répartis en ligne dans un plan perpendiculaire à la direction du vecteur vitesse.

Ils sont disposés de façon que leurs axes soient parallèles, dans un mme plan et espacés régulièrement.

Le pas entre lesdits éléments rayonnants 1 est par exemple de 19 mm pour une fréquence d'émission de 8000 MHz, ce qui permet de ne pas avoir de lobes de réseau.

De façon plus générale, le pas d du réseau est tel que d<k/ (1+sinO) où X est la longueur d'onde du rayonnement, et A le dépointage maximal souhaité.

Les éléments rayonnants 1 sont alimentés via des déphaseurs 2 de type à ferrite et des coupleurs 3, par un répartiteur de puissance 6 (en l'occurrence 1 : 5), qui est par exemple de type guide d'onde.

Les déphaseurs 2 sont commandés par une unité 4, qui est le calculateur de bord du satellite, à laquelle ils sont reliés par une électronique de commande 5.

L'utilisation des déphaseurs de type à ferrite présente l'avantage de permettre de conserver toujours le mme dépointage. La consommation de l'électronique de commande est alors limitée.

Les déphasages imposés aux différents éléments rayonnants 1 permettent de réaliser les dépointages souhaités, et ce jusqu'à + 62°.

Le choix pour les éléments rayonnants 1 d'une structure à hélice permet de disposer d'un gain à 50° supérieur de 2 dB au gain présenté à 0° (hors terme de compensation de différence d'atténuation d'espace-62° lever satellite par rapport au zénith) et donc de compenser naturellement les pertes de dépointage.

Le nombre optimal d'élément rayonnant élémentaire variera de cinq à douze en fonction des besoins de la mission.

Les déphaseurs 2 présentent par exemple des pas de quantification de 22,5° et sont codés sur 4 bits.

Les faisceaux générés par une telle antenne sont elliptiques (grand axe des ellipses parallèle à la trace du satellite).

On a illustré sur la figure 3 la couverture obtenue avec l'antenne qui vient d'tre décrite, dans le cas d'un déphasage nul entre les différents éléments rayonnants 1.

Il n'y a alors pas de dépointage et la directivité maximale de l'antenne est de 11,55 dB.

Sur la figure 4, on a représenté la couverture obtenue dans le cas de déphasages respectivement d'un élément rayonnant d'extrémité 1 à l'autre de 90°, 45°, 0°,-45° et-90°.

Le diagramme est alors dépointé de + 18°. La directivité est 11,52 dB.

Sur la figure 5, on a illustré la couverture obtenue dans le cas d'un déphasage respectivement de 180°, 90°, 0°,-90°,-180°.

Le dépointage est alors de 32°, la directivité de 11,49 dB.

Sur la figure 6, enfin, on a représenté la couverture obtenue respectivement pour des déphasages de 270°, 135°, 0°,-135° et-270°.

Le dépointage obtenu est de 48°, la directivité maximale de 11,45 dB.

Sur ces différentes figures 3 à 6, les cercles représentés en traits pointillés correspondent aux cercles de visibilité respectivement à 60° et + 65°.

On note que, d'un diagramme à l'autre, la directivité maximale n'évolue que très peu (11,54 dB à 11, 45dB).

La directivité obtenue à 65° est supérieure à 9- dB, soit un gain supérieur à 7,5 dB si l'on considère des pertes de 0,5 dB sur les répartiteurs, de 0,5 dB pour les déphaseurs, de 0,25 dB au niveau de la connectique et de 0,25 dB au niveau de l'alimentation.

L'antenne à dépointage qui vient d'tre décrite permet des débits de retransmission au sol importants et permet des retransmissions d'images Haute résolution.

La commutation du faisceau s'effectue préférentiellement avant passage, de façon à éviter les problèmes de saut de phase sur la couverture générée.

Dans le cas où le diagramme antenne ne compense pas l'atténuation d'espace, on peut envisager des changements de vitesse de transmission pour utiliser au mieux les gains de l'antenne dans les zones proches du passage au zénith.

L'antenne à dépointage qui vient d'tre décrite présente l'avantage d'tre d'un faible coût et surtout d'un faible encombrement. L'encombrement de la partie rayonnante est de 90mm en longueur, de 5 mm en largeur et de 50 mm en hauteur.

Avantageusement encore, l'antenne comporte plusieurs antennes en ligne du type qui vient d'tre décrit et des moyens de commutation permettant de basculer d'une antenne en ligne à une autre en fonction des mouvements du satellite, et notamment de ses mouvements de roulis.

En variante, l'antenne comporte des moyens de motorisation qui permettent de modifier l'orientation de la (ou des) ligne (s) d'éléments rayonnants élémentaires pour compenser les mouvements potentiels du satellite, notamment ses mouvements de roulis.