FR2676600A1 - Method and device for orienting the radiation diagram of an antenna carried by a land-based vehicle and application to links by geostationary satellites - Google Patents

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Abstract

The invention relates to a method and a device for orienting the radiation diagram of an antenna carried by a land-based vehicle. The earth's surrounding magnetic field is used to constitute a reference orientation, and the radiation diagram direction of the antenna is slaved to this orientation. A device comprising a magnet (4) is used, for example, to detect the orientation of the magnetic field and means (2) for carrying out the said slaving. The invention applies especially to setting up a link with a geostationary satellite.

Description

La présente invention concerne l'orientation du diagramme de rayonnement d'une antenne portée par un mobile terrestre, pour assurer une liaison radioélectrique entre ce mobile et un émetteur fixe par rapport à la terre, en particulier un satellite geostationnaire. The present invention relates to the orientation of the radiation pattern of an antenna carried by a terrestrial mobile, to ensure a radio link between this mobile and a transmitter fixed relative to the earth, in particular a geostationary satellite.

On cherche généralement dans les liaisons avec les mobiles à assurer une bonne réception du signal quelle que soit la position du mobile sur la zone de service et quelle que soit son orientation. In connections with mobiles, it is generally sought to ensure good reception of the signal whatever the position of the mobile on the service area and whatever its orientation.

Deux types d'antennes sont généralement utilisés. Two types of antennas are generally used.

Premier type
Des antennes omnidirectionnelles (ou quasi-omnidirectionnelles) sans parties mobiles, qui présentent un gain approximativement constant dans toutes les directions où l'on peut voir l'émetteur ;
Deuxième type
Leur principe repose sur l'estimation de la direction de l'émetteur, et l'orientation de l'antenne de réception dans la direction estimée, elles permettent ainsi d'assurer un gain plus élevé que les antennes fixes dans la direction de propagation et améliorent sensiblement le bilan de la liaison.First type
Omnidirectional (or quasi-omnidirectional) antennas without moving parts, which have an approximately constant gain in all directions where you can see the transmitter;
Second type
Their principle is based on the estimation of the direction of the transmitter, and the orientation of the reception antenna in the estimated direction, they thus make it possible to ensure a higher gain than the fixed antennas in the direction of propagation and significantly improve the balance sheet of the link.

La présente invention concerne une antenne du deuxième type. The present invention relates to an antenna of the second type.

Le but de l'invention est d'assurer le pointage par des moyens simples, efficaces et parfaitement fiables. The object of the invention is to ensure pointing by simple, effective and perfectly reliable means.

Selon l'invention, on utilise le champ magnétique terrestre environnant pour constituer une orientation de référence et on asservit à cette orientation la direction du diagramme de rayonnement de l'antenne. According to the invention, the surrounding terrestrial magnetic field is used to constitute a reference orientation and this direction is controlled by the direction of the radiation pattern of the antenna.

Un dispositif typique de mise en oeuvre de l'invention comporte sur le mobile des moyens pour détecter l'orientation du champ magnétique terrestre environnant et des moyens pour asservir à cette orientation la direction du diagramme de rayonnement de l'antenne. A typical device for implementing the invention comprises on the mobile means for detecting the orientation of the surrounding terrestrial magnetic field and means for slaving to this orientation the direction of the antenna radiation pattern.

Les moyens pour détecter l'orientation du champ magnétique terrestre environnant peuvent être très simples, par exemple un aimant monté sur le mobile de façon à pouvoir s'orienter librement dans ledit champ.  The means for detecting the orientation of the surrounding terrestrial magnetic field can be very simple, for example a magnet mounted on the mobile so as to be able to orient itself freely in said field.

D'autres particularités avantageuses de certains modes de réalisation de l'invention sont indiquées ci-après
- l'aimant est solidaire d'une partie de l'antenne dont la position détermine l'orientation du diagramme de rayonnement de l'antenne unifiant ainsi l'estimation de direction du signal reçu et l'orientation de l'antenne de réception au sein d'un même dispositif simple ; par exemple, l'antenne comporte un réflecteur métallique et l'aimant est solidaire du réflecteur
- l'antenne comporte des moyens aptes à détecter l'orientation en site de l'aimant et à utiliser cette détection pour définir l'orientation du diagramme de rayonnement de l'antenne ; ceci permet en particulier un traitement de l'information "orientation en site de l'aimant" (par filtrage, biais variable, moyennage, etc...) pour optimiser l'action d'orientation de l'antenne de réception
- l'antenne comporte des moyens fixes répartis sur le mobile et aptes à déterminer chacun un diagramme de rayonnement d'antenne suivant une orientation déterminée et dépendant de la position du moyen sur le mobile et l'aimant est solidaire d'un moyen associé apte à activer celui desdits moyens répartis qui se trouvent dans une position d'activation par rapport à l'aimant
- l'aimant est monté en rotation libre autour d'un axe ; l'antenne comporte un élément rayonnant qui s'étend suivant ledit axe
- le dispositif comporte une plaque métallique à fixer sur le mobile, cette plaque supportant à rotation l'aimant et supportant un radome fixe dans lequel est située l'antenne.Other advantageous features of certain embodiments of the invention are indicated below
- the magnet is integral with a part of the antenna, the position of which determines the orientation of the radiation pattern of the antenna, thus unifying the estimation of direction of the received signal and the orientation of the receiving antenna at within the same simple device; for example, the antenna includes a metal reflector and the magnet is integral with the reflector
- The antenna comprises means able to detect the orientation in site of the magnet and to use this detection to define the orientation of the radiation pattern of the antenna; this allows in particular a processing of the "orientation in magnet site" information (by filtering, variable bias, averaging, etc.) to optimize the orientation action of the receiving antenna
the antenna comprises fixed means distributed over the mobile and each capable of determining an antenna radiation diagram according to a determined orientation and dependent on the position of the means on the mobile and the magnet is secured to an associated means capable to activate that of said distributed means which are in an activation position relative to the magnet
- The magnet is mounted in free rotation around an axis; the antenna comprises a radiating element which extends along said axis
- The device comprises a metal plate to be fixed on the mobile, this plate supporting the magnet in rotation and supporting a fixed radome in which the antenna is located.

On décrira ci-après, à titre exemple, une réalisation d'un dispositif conforme à l'invention, en référence à la figure unique du dessin joint qui est un schéma du dispositif. An embodiment of a device according to the invention will be described below, by way of example, with reference to the single figure of the attached drawing which is a diagram of the device.

Le dispositif représenté comporte une antenne constituée d'un élément rayonnant 1 et d'un réflecteur 2. The device shown comprises an antenna consisting of a radiating element 1 and a reflector 2.

L'élément rayonnant 1 s'étend suivant un axe vertical AA' et est fixé sur une plaque de support 3 à mettre en place sur le mobile, par exemple sur le toit d'un véhicule. I1 est alimenté en énergie électrique par des moyens connus en soi et non représentés.  The radiating element 1 extends along a vertical axis AA ′ and is fixed to a support plate 3 to be placed on the mobile, for example on the roof of a vehicle. I1 is supplied with electrical energy by means known per se and not shown.

Le réflecteur 2 est une portion de tôle cylindrique solidaire d'un aimant permanent 4. L'aimant est horizontal et monté à rotation sur le support 3 de façon à tourner librement autour de l'axe A'A, le montage comportant par exemple un roulement entre le support de l'aimant. The reflector 2 is a portion of cylindrical sheet metal secured to a permanent magnet 4. The magnet is horizontal and rotatably mounted on the support 3 so as to rotate freely around the axis A'A, the assembly comprising for example a bearing between the magnet support.

Le réflecteur cylindrique 2 est fixé à l'aimant en sorte que l'axe du cylindre se confonde avec l'axe A'A
En variante, l'élément rayonnant 1 est également porté par l'aimant suivant l'axe A'A et son alimentation électrique est effectuée par un contact électrique tournant ou par couplage magnétique ou électrique sans contact (exemple couplage capacitif).The cylindrical reflector 2 is fixed to the magnet so that the axis of the cylinder merges with the axis A'A
As a variant, the radiating element 1 is also carried by the magnet along the axis A'A and its electrical supply is carried out by a rotating electrical contact or by magnetic or electrical coupling without contact (example capacitive coupling).

L'antenne est protégée par un radome 5 fixé au support 3. De préférence, la radome est partiellement métallisée, ce qui modifie les caractéristiques radioélectriques de l'antenne. The antenna is protected by a radome 5 fixed to the support 3. Preferably, the radome is partially metallized, which modifies the radioelectric characteristics of the antenna.

L'antenne ainsi constituée trouve sa principale application dans le domaine des liaisons par satellite géostationnaire avec les mobiles. Elle peut également être utilisée pour les liaisons avec des émetteurs sol situés à grande distance du mobile, c'est-à-dire des émetteurs dont la direction vue de l'émetteur est peu variable en fonction de la position du mobile. The antenna thus formed finds its main application in the field of geostationary satellite links with mobiles. It can also be used for connections with ground transmitters located at a great distance from the mobile, that is to say transmitters whose direction seen from the transmitter is not very variable depending on the position of the mobile.

L'ensemble (5) est généralement fixé sur le toit du véhicule et suit le mouvement du véhicule. La pièce aimantée conserve à la partie mobile de l'antenne une orientation prédéfinie (par exemple à 100 de l'axe N/S) quelle que soit l'orientation du véhicule support. L'antenne présentera donc un maximum de gain dans une direction indépendante du mouvement du véhicule, et correspondant à la direction de l'émetteur.The assembly (5) is generally fixed on the roof of the vehicle and follows the movement of the vehicle. The magnetized part maintains a predefined orientation at the mobile part of the antenna (for example at 100 of the N / S axis) whatever the orientation of the support vehicle. The antenna will therefore have a maximum gain in a direction independent of the movement of the vehicle, and corresponding to the direction of the transmitter.

Compte tenu des variations locales du champ magnétique terrestre, on peut envisager un dispositif complémentaire de réglage destiné à faire correspondre le maximum de gain de l'antenne de réception avec la direction de l'émetteur ; ce réglage est fait quand le mobile est à l'arrêt, et peut être obtenu par rotation du réflecteur 2 par rapport à l'aimant permanent 4, grâce à des moyens connus en soi et non représentés ; une fois le réglage obtenu, le réflecteur 2 et l'aimant permanent 4 sont solidaires, conformément à la description ci-dessus. Given the local variations in the Earth's magnetic field, it is possible to envisage an additional adjustment device intended to match the maximum gain of the reception antenna with the direction of the transmitter; this adjustment is made when the mobile is stopped, and can be obtained by rotation of the reflector 2 relative to the permanent magnet 4, by means known per se and not shown; once the adjustment has been obtained, the reflector 2 and the permanent magnet 4 are integral, in accordance with the description above.

Le gain de l'antenne pourra être ajusté dans une certaine plage en modifiant la forme du réflecteur et sa position par rapport à l'axe
Nord-Sud défini par l'aimant. The gain of the antenna can be adjusted within a certain range by modifying the shape of the reflector and its position relative to the axis.
North-South defined by the magnet.

Claims (13)

REVENDICATIONS 1. Procédé pour orienter le diagramme de rayonnement d'une antenne portée par un mobile vers un émetteur fixe par rapport à la terre, dans lequel on utilise le champ magnétique terrestre environnant pour constituer une orientation de référence et on asservit à cette orientation la direction du diagramme de rayonnement de l'antenne.1. Method for orienting the radiation pattern of an antenna carried by a mobile to a stationary transmitter with respect to the earth, in which the surrounding terrestrial magnetic field is used to constitute a reference orientation and the direction is slaved to this orientation of the antenna radiation pattern. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on dispose un aimant sur le mobile en sorte qu'il puisse s'orienter librement dans le champ magnétique terrestre environnant et on asservit à la direction de l'aimant du diagramme de rayonnement de l'antenne.2. Method according to claim 1, characterized in that a magnet is placed on the mobile so that it can orient itself freely in the surrounding terrestrial magnetic field and the direction of the magnet is controlled by the radiation diagram of the antenna. 3. Dispositif pour orienter le diagramme de rayonnement d'une antenne portée par un mobile vers un émetteur fixe par rapport à la terre, caractérisé en ce qu'il comporte sur le mobile des moyens (4) pour détecter l'orientation du champ magnétique terrestre environnant et des moyens (2) pour asservir à cette orientation la direction du diagramme de rayonnement de l'antenne.3. Device for orienting the radiation pattern of an antenna carried by a mobile to a stationary transmitter relative to the earth, characterized in that it comprises on the mobile means (4) for detecting the orientation of the magnetic field surrounding terrestrial and means (2) for controlling this orientation in the direction of the antenna radiation pattern. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens pour détecter l'orientation du champ magnétique terrestre environnant comprennent un aimant (4) monté sur le mobile de façon à pouvoir s' orienter librement dans ledit champ.4. Device according to claim 3, characterized in that the means for detecting the orientation of the surrounding terrestrial magnetic field comprise a magnet (4) mounted on the mobile so as to be able to orient itself freely in said field. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'aimant (4) est solidaire d'une partie (2) de l'antenne dont la position détermine l'orientation du diagramme de rayonnement de l'antenne.5. Device according to claim 4, characterized in that the magnet (4) is integral with a part (2) of the antenna whose position determines the orientation of the antenna radiation pattern. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'antenne comporte des moyens aptes à détecter l'orientation de l'aimant et à utiliser cette détection pour définir l'orientation du diagramme de rayonnement de l'antenne. 6. Device according to claim 4, characterized in that the antenna comprises means able to detect the orientation of the magnet and to use this detection to define the orientation of the radiation pattern of the antenna. 7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'antenne comporte un moteur qui reçoit en entrée une information d'angle en correspondance de l'orientation de l'aimant, ledit moteur commandant l'orientation d'une pièce apte à déterminer l'orientation du diagramme de rayonnement de l'antenne. 7. Device according to claim 4, characterized in that the antenna comprises a motor which receives as input angle information corresponding to the orientation of the magnet, said motor controlling the orientation of a part capable of determine the orientation of the antenna radiation pattern. 8. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'antenne comporte des moyens fixes répartis sur le mobile et aptes à déterminer chacun un diagramme de rayonnement d'antenne suivant une orientation déterminée dépendant de la position du moyen sur le mobile et l'aimant est solidaire d'un moyen associé apte à activer celui desdits moyens répartis qui se trouvent dans une position d'activation par rapport à l'aimant.8. Device according to claim 3 or 4, characterized in that the antenna comprises fixed means distributed on the mobile and capable of each determining a diagram of antenna radiation in a determined orientation depending on the position of the means on the mobile and the magnet is integral with an associated means capable of activating that of said distributed means which are in an activation position relative to the magnet. 9. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'antenne comporte un réflecteur métallique (2) et en ce que l'aimant (4) et le réflecteur sont solidaires.9. Device according to claim 5, characterized in that the antenna comprises a metal reflector (2) and in that the magnet (4) and the reflector are integral. 10. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'aimant (4) est monté à rotation libre autour d'un axe. 10. Device according to claim 4 or 5, characterized in that the magnet (4) is mounted to rotate freely about an axis. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'antenne comporte un élément rayonnant (1) qui s'étend suivant ledit axe.11. Device according to claim 10, characterized in that the antenna comprises a radiating element (1) which extends along said axis. 12. Dispositif selon une ou plusieurs des revendications 5 et 9 à 11, caractérisé en ce que le dispositif comporte une plaque métallique (3) à fixer sur le mobile, cette plaque supportant à rotation libre l'aimant (4) et supportant un radome (5) fixe dans lequel est située l'antenne.12. Device according to one or more of claims 5 and 9 to 11, characterized in that the device comprises a metal plate (3) to be fixed on the mobile, this plate supporting the magnet (4) with free rotation and supporting a radome (5) fixed in which the antenna is located. 13. Application d'un procédé selon la revendication 1 ou 2 et/ou d'un dispositif selon l'une des revendications 3 à 12 à l'orientation du diagramme de rayonnement d'une antenne vers un satellite géostationnaire. 13. Application of a method according to claim 1 or 2 and / or a device according to one of claims 3 to 12 to the orientation of the radiation pattern from an antenna to a geostationary satellite.
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