CA2284872A1 - Antenne pour satellite a defilement - Google Patents
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Abstract
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 même 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 être 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.
Description
2 PCT/FR98/00535 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 lU le balayage est réalisé à l'aide d'un mécanisme de pointage, l'antenne se comportant quant à elle comme un réflecteur parabolique centrê de conception classique.
Un but de l'invention est de proposer une antenne pour satellite à défilement qui ne nécessite 15 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 2U des instruments de prise de vue d'un satellite à
défilement, caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralitë d'antennes élémentaires de rayonnement du type présentant une pluralité de brins rëpartis régulièrement en hélice autour d'une même génératrice de révolution 25 ainsi que des moyens d'alimentation équi-amplitude des différents brins, en ce que ces différentes antennes êlémentaires sont alignées et en ce que le plan dans lequel ces différentes antennes êlémentaires sont réparties est destiné, lorsque le satellite est en 30 orbite, à être perpendiculaire à la direction du vecteur vitesse du satellite et en ce qu'elle comporte des moyens de déphasage de 7.' alimentation de ces différentes antennes élémentaires qui sont aptes à réaliser un dépointage électronique du faisceau allongé généré par _~5 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 â mesure que le satellite avance.
lo 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 caractêristiques suivantes prises seules IS ou selon toutes leurs combinaisons possibles .
- le nombre d'élêments rayonnants élémentaires est égal ou supérieur à cinq ;
- les éléments rayonnants élémentaires sont décalés les uns par rapport aux autres avec un pas 20 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 8-25 bits ;
- les moyens de déphasage sont du type à
ferrite.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui _~0 suit. Cette description est purement illustrative et non limitative. Elle doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels .
- la figure 1 est une représentation schématique illustrant une antenne conforme â un mode de réalisation.
35 de l'invention ;
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 lU le balayage est réalisé à l'aide d'un mécanisme de pointage, l'antenne se comportant quant à elle comme un réflecteur parabolique centrê de conception classique.
Un but de l'invention est de proposer une antenne pour satellite à défilement qui ne nécessite 15 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 2U des instruments de prise de vue d'un satellite à
défilement, caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralitë d'antennes élémentaires de rayonnement du type présentant une pluralité de brins rëpartis régulièrement en hélice autour d'une même génératrice de révolution 25 ainsi que des moyens d'alimentation équi-amplitude des différents brins, en ce que ces différentes antennes êlémentaires sont alignées et en ce que le plan dans lequel ces différentes antennes êlémentaires sont réparties est destiné, lorsque le satellite est en 30 orbite, à être perpendiculaire à la direction du vecteur vitesse du satellite et en ce qu'elle comporte des moyens de déphasage de 7.' alimentation de ces différentes antennes élémentaires qui sont aptes à réaliser un dépointage électronique du faisceau allongé généré par _~5 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 â mesure que le satellite avance.
lo 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 caractêristiques suivantes prises seules IS ou selon toutes leurs combinaisons possibles .
- le nombre d'élêments rayonnants élémentaires est égal ou supérieur à cinq ;
- les éléments rayonnants élémentaires sont décalés les uns par rapport aux autres avec un pas 20 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 8-25 bits ;
- les moyens de déphasage sont du type à
ferrite.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui _~0 suit. Cette description est purement illustrative et non limitative. Elle doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels .
- la figure 1 est une représentation schématique illustrant une antenne conforme â un mode de réalisation.
35 de l'invention ;
3 - 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 rëférencés par 1.
to Ces ëléments rayonnants élémentaires 1 comportent chacun une pluralité de brins hélicoïdaux répartis régulièrement autour d'une même génératrice de révolution. La gênératrice 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 n/2 les unes par rapport aux autres. Ces quatre brins sont avantageusement alimentés en quadrature de phase.
20 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 2~ rayon de base de 0,018 m, ainsi qu'une fréquence d'émission de 8000 MHz. I1 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, 30 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 êlémentaires 1 sont répartis en ligne dans un plan perpendiculaire à la 3~ direction du vecteur vitesse.
Ils sont disposés de façon que leurs axes soient parallèles, dans un même plan et espacês régulièrement.
- 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 rëférencés par 1.
to Ces ëléments rayonnants élémentaires 1 comportent chacun une pluralité de brins hélicoïdaux répartis régulièrement autour d'une même génératrice de révolution. La gênératrice 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 n/2 les unes par rapport aux autres. Ces quatre brins sont avantageusement alimentés en quadrature de phase.
20 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 2~ rayon de base de 0,018 m, ainsi qu'une fréquence d'émission de 8000 MHz. I1 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, 30 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 êlémentaires 1 sont répartis en ligne dans un plan perpendiculaire à la 3~ direction du vecteur vitesse.
Ils sont disposés de façon que leurs axes soient parallèles, dans un même plan et espacês régulièrement.
4 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<~,/ (1+sin6) où ~, est la longueur d'onde du rayonnement, et A le dépointage maximal souhaité.
Les éléments rayonnants 1 sont alimentés via des t0 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 IS 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 même dépointage. La consommation de l'électronique de commande est alors limitée.
2U 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 â hélice permet de disposer d'un gain à 50°
25 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 dêpointage.
Le nombre optimal d'élément rayonnant 3U 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 35 elliptiques (grand axe des ellipses parallèle à la trace du satellite).
On a illustrê sur la figure 3 la couverture obtenue avec l'antenne qui vient d'être décrite, dans Ie cas d'un déphasage nul entre les différents éléments rayonnants 1.
I1 n'y a alors pas de dpointage et la directivit maximale de l'antenne est de 11,55 dB.
Sur la figure 4, on a reprsent la couverture obtenue dans le cas de dphasages respectivement d'un lment rayonnant d'extrmit 1 l'autre de 90, 45, IU 0, - 45 e t -90.
Le diagramme est alors dpoint de + 18. La directivit est 11,52 dB.
Sur la figure 5, on a illustr la couverture obtenue dans le cas d'un dphasage respectivement de 1~ 180, 90, 0, - 90, -180.
Le dpointage est alors de 32, la directivit de 11,49 dB .
Sur la figure 6, enfin, on a reprsent la couverture obtenue respectivement pour des dphasages de 2U 270, 135, 0, - 135 et -270.
Le dpointage obtenu est de 48, la directivit maximale de 11,45 dB.
Sur ces diffrentes figures 3 6, les cercles reprsents en traits pointills correspondent aux 2~ cercles de visibilit respectivement 60 et + 65.
On note que, d'un diagramme l~autre, la directivit maximale n'volue que trs peu (11,54 dB
11,45dB).
La directivit obtenue 65 est suprieure 9-dB, soit un gain suprieur 7,5 dB si l'on considre des pertes de 0,5 dB sur les rpartiteurs, de 0,5 dB
pour les dphaseurs, de 0,25 dB au niveau de la connectique et de 0,25 dB au niveau de l'alimentation.
L'a ntenne dpointage qui vient d'tre dcrite 3~ permet des dbits de retransmission au sol importants et permet des retransmissions d'images Haute rsolution.
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'être décrite IU présente l'avantage d'être 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'être 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.
2U En variante, l'antenne comporte des mayens de motorisation qui permettent de modifier l'orientation de la (ou des) lignes) d'éléments rayonnants élêmentaires pour compenser les mouvements potentiels du satellite, notamment ses mouvements de roulis.
De façon plus générale, le pas d du réseau est tel que d<~,/ (1+sin6) où ~, est la longueur d'onde du rayonnement, et A le dépointage maximal souhaité.
Les éléments rayonnants 1 sont alimentés via des t0 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 IS 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 même dépointage. La consommation de l'électronique de commande est alors limitée.
2U 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 â hélice permet de disposer d'un gain à 50°
25 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 dêpointage.
Le nombre optimal d'élément rayonnant 3U 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 35 elliptiques (grand axe des ellipses parallèle à la trace du satellite).
On a illustrê sur la figure 3 la couverture obtenue avec l'antenne qui vient d'être décrite, dans Ie cas d'un déphasage nul entre les différents éléments rayonnants 1.
I1 n'y a alors pas de dpointage et la directivit maximale de l'antenne est de 11,55 dB.
Sur la figure 4, on a reprsent la couverture obtenue dans le cas de dphasages respectivement d'un lment rayonnant d'extrmit 1 l'autre de 90, 45, IU 0, - 45 e t -90.
Le diagramme est alors dpoint de + 18. La directivit est 11,52 dB.
Sur la figure 5, on a illustr la couverture obtenue dans le cas d'un dphasage respectivement de 1~ 180, 90, 0, - 90, -180.
Le dpointage est alors de 32, la directivit de 11,49 dB .
Sur la figure 6, enfin, on a reprsent la couverture obtenue respectivement pour des dphasages de 2U 270, 135, 0, - 135 et -270.
Le dpointage obtenu est de 48, la directivit maximale de 11,45 dB.
Sur ces diffrentes figures 3 6, les cercles reprsents en traits pointills correspondent aux 2~ cercles de visibilit respectivement 60 et + 65.
On note que, d'un diagramme l~autre, la directivit maximale n'volue que trs peu (11,54 dB
11,45dB).
La directivit obtenue 65 est suprieure 9-dB, soit un gain suprieur 7,5 dB si l'on considre des pertes de 0,5 dB sur les rpartiteurs, de 0,5 dB
pour les dphaseurs, de 0,25 dB au niveau de la connectique et de 0,25 dB au niveau de l'alimentation.
L'a ntenne dpointage qui vient d'tre dcrite 3~ permet des dbits de retransmission au sol importants et permet des retransmissions d'images Haute rsolution.
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'être décrite IU présente l'avantage d'être 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'être 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.
2U En variante, l'antenne comporte des mayens de motorisation qui permettent de modifier l'orientation de la (ou des) lignes) d'éléments rayonnants élêmentaires pour compenser les mouvements potentiels du satellite, notamment ses mouvements de roulis.
Claims (8)
1. Système comportant un satellite à défilement et une antenne pour la retransmission au sol d'images collectées par des instruments de prise de vue dudit satellite, caractérisé en ce que ladite antenne comporte une pluralité d'antennes élémentaires de rayonnement (1) du type présentant une pluralité de brins répartis régulièrement en hélice autour d'une même génératrice de révolution ainsi que des moyens d'alimentation équi-amplitude des différents brins, en ce que les axes des différentes antennes élémentaires sont parallèles et sont alignés dans un même plan dans lequel ils sont espacés régulièrement, en ce que le plan dans lequel ces différentes antennes élémentaires sont réparties est destiné, lorsque le satellite est en orbite, à être perpendiculaire à la direction du vecteur vitesse du satellite et en ce que l'antenne 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.
réaliser un dépointage électronique du faisceau allongé
généré par lesdites antennes élémentaires.
2. Système selon la revendication 1, caractérisé
en ce que le nombre d'éléments rayonnants élémentaires (1) est égal ou supérieur à cinq.
en ce que le nombre d'éléments rayonnants élémentaires (1) est égal ou supérieur à cinq.
3. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé 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. Système selon la revendication 3, caractérisé
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.
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. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de déphasage sont codés sur trois à huit bits.
6. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de déphasage (2) sont du type à ferrite.
7. Système caractérisé en ce que l'antenne 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. Système selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que 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.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR97/03250 | 1997-03-17 | ||
| FR9703250A FR2760900B1 (fr) | 1997-03-17 | 1997-03-17 | Antenne pour satellite a defilement |
| PCT/FR1998/000535 WO1998042042A1 (fr) | 1997-03-17 | 1998-03-17 | Antenne pour satellite a defilement |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA2284872A1 true CA2284872A1 (fr) | 1998-09-24 |
Family
ID=9504893
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA002284872A Abandoned CA2284872A1 (fr) | 1997-03-17 | 1998-03-17 | Antenne pour satellite a defilement |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6252562B1 (fr) |
| EP (1) | EP1010214B1 (fr) |
| JP (1) | JP2001516536A (fr) |
| AT (1) | ATE247871T1 (fr) |
| CA (1) | CA2284872A1 (fr) |
| DE (1) | DE69817373T2 (fr) |
| FR (1) | FR2760900B1 (fr) |
| WO (1) | WO1998042042A1 (fr) |
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| FR2839207B1 (fr) * | 2002-04-29 | 2004-07-16 | Chelton Antennas | Antenne accordable passive a large bande |
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| FR2976749B1 (fr) * | 2011-06-16 | 2013-06-28 | Astrium Sas | Dispositif et procede d'optimisation de la couverture au sol d'un systeme spatial hybride. |
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