EP0061965B1 - Antenne à dispositif de transposition de la direction de la polarisation linéaire - Google Patents

Antenne à dispositif de transposition de la direction de la polarisation linéaire Download PDF

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EP0061965B1
EP0061965B1 EP82400514A EP82400514A EP0061965B1 EP 0061965 B1 EP0061965 B1 EP 0061965B1 EP 82400514 A EP82400514 A EP 82400514A EP 82400514 A EP82400514 A EP 82400514A EP 0061965 B1 EP0061965 B1 EP 0061965B1
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EP
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antenna
guide
polarization
horn
primary source
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EP82400514A
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Nhu Bui Hai
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Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/12—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave
    • H01Q19/13—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave the primary radiating source being a single radiating element, e.g. a dipole, a slot, a waveguide termination
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/165—Auxiliary devices for rotating the plane of polarisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H01Q21/245—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction provided with means for varying the polarisation 

Definitions

  • the present invention relates to an antenna intended to work in waves with linear polarization and comprising a horn (10) immobile in rotation about its axis of symmetry, and a device for transposing the direction of polarization of the linear waves passing through it.
  • the device for transposing the direction of polarization comprises a circular guide in which conductors are arranged transversely.
  • the device is capable of producing a choice of 45 ° and 0 ° transposition.
  • Adjustment towards the linear polarization received from an antenna by a receiver associated with the antenna is necessary in some cases.
  • the same vertical polarized wave emitted by a satellite is received with a direction of its polarity which makes, with the vertical, an angle which is a function, in particular, of the latitude and the longitude of the place where this wave is picked up.
  • an adjustment is necessary when an antenna changes satellite for the waves it receives. By virtue of the principle of reciprocity this also applies to transmission from, for example, earth stations.
  • Document GB-A-938 004 discloses a binomial twisted waveguiding device comprising several coaxial sections of rectangular waveguides whose transverse dimensions increase or decrease progressively and whose orientation angle relative to the first section gradually increases.
  • the object of the present invention is to provide an antenna equipped with a device for transposing the direction of polarization, which is both simple and inexpensive, usable as well for antennas with illumination of the focus as for antennas with optical Cassegrain. This object is achieved by an antenna as defined in the main claim.
  • FIG. 1 shows, schematically, antennas with illumination by the hearth according to the known art.
  • the antenna according to FIG. 1 comprises a reflector, P i , associated with a primary “V” source, S l , itself connected to a receiver, R i ; the rotation of the primary source around the main axis PP of the reflector requires mechanical means capable of rotating the horn and the receiver R 1 (or the transmitter in the case of operation in transmission); such an achievement is expensive, cumbersome and therefore practically never implemented.
  • the assembly constituted by the primary source S 2 and the receiver R 2 (or the transmitter in the case of operation in transmission) has its two ends, that is to say its horn and its receiver , combined with the main reflector axis, P 2 ; but if the rotation control of the primary source and the receiver is then easier than in the case of an antenna according to FIG. 1, on the other hand the performance of the antenna is lower due to the greater mask created by the source primary due to the presence of the swan neck in the central part of the radiation of the reflector P 2 .
  • FIG. 3 is a schematic view of an antenna with illumination of the focal point, equipped with a device for transposing the direction of the linear polarization of the waves received by reception means 8 associated with this antenna.
  • the antenna comprises a reflector 7 and a primary source; this primary source is constituted, in series, by a horn 10 followed by a guide in binomial twist 1,2,3,4 (step twist in North American literature), followed by a polarization duplexer 5 of which the two access V and H are connected to the receiving means 8 by rectangular guides shown diagrammatically in the figure by broken lines.
  • An attachment system 6 makes the primary source integral with the reflector 7.
  • This attachment system comprises four bars, such as the bars 46, 47 which appear in FIG. 3; these bars are welded, at their first end, to the reflector 7.
  • the fixing system 6 also includes a positioning assembly, 60 to 67, onto which the fixing bars are bolted, at their second end.
  • This sys fixing tem comprises two half-collars 60-61, integral with brackets such as 62-63 on which the fixing bars are bolted.
  • the fixing system is shown in section so as to leave a clear view of the primary source of the antenna.
  • FIG. 4 is a partial view of the fastening system 6 of Figure 1; this view is a sectional view through a plane perpendicular to the plane of Figure 3 and passing through the line ZZ of this figure.
  • FIG. 4 shows the two half-collars 60-61 and screw-nut assemblies, such as 66 and 67, which serve to bring the two half-collars closer together to securely hold the polarization duplexer 5 of FIG. 3.
  • brackets 62 to 65 of the fastening system 6 two of these brackets 62, 64 are welded to the half-collar 60 and the other two 63, 65 are welded to the half-collar 61.
  • FIG. 5 is a view of the binomial twisted guide 1, 2, 3, 4 through the opening of the horn 10 of FIG. 3.
  • the first step (step in the North American literature), 1 of this binomial twist guide is integral with the horn 10 of FIG. 3 and that its angular position around the main axis 00 (FIG. 3) of the binomial twist guide, is adjustable as well as that of the other three steps 2, 3 , 4 of this guide; a fixing assembly, which will appear in FIG. 6 and will be described with the aid of this figure, makes it possible to maintain the rungs in the position which is imparted to them by adjustment.
  • a vector P indicates the direction of the vertical polarization of a wave with two orthogonal polarizations, received by the horn 10 ( Figure 3) while a vector P s indicates the direction that this polarization must have when the wave arrives in the polarization duplexer 5 ( Figure 3) so that the receiving means 8 ( Figure 3) receive this wave with the maximum energy; these two vectors form an angle Y between them.
  • the binomial twisted guide is a guide with a square section; this square section allows the simultaneous transposition of the directions of the two field vectors of the received orthogonal polarization wave.
  • angle Y has been taken equal to 90 °, it being understood that Y can take all the values between 0 and 90 °.
  • the operating principle of the adjustable binomial twist guide is known. It is a junction, made of a series of waveguide sections, which is used to modify the angle of the electric field leaving this component with respect to the angle of the electric field entering this component; this modification is made in steps of a length L given by the distance, L (FIG. 3), between two transitions of this twisted guide, and this length L is chosen equal to is the guided wavelength of the average frequency of use of the twisted guide, or 11.7 GHz in the example described, and where K is the number of steps, or 4 in the present case.
  • This junction formed by the twisted guide introduces a reflection coefficient which is a function of the number K of the steps, the angle given to each step (X i ), the working frequency and the cut-off frequency of the guide.
  • FIG. 6 is a partial view of the antenna according to FIG. 3 at the level of the binomial twisted guide; in this figure appears an assembly which has not been shown in figure 3 for the sake of clarity.
  • This assembly comprises a crown 70, four stops, three of which 75, 76, 77 appear in FIG. 6, four screw-nut assemblies of which three, 71, 72 or 73 appear in FIG. 6 and a flange 50 integral with the guide waves which constitutes the access of the polarization duplexer 5.
  • the screw-nut assemblies such as 71, connect the crown 70 to the flange 50; without the screw-nut assemblies the crown 70 can rotate freely around the rung 1 of the guide in binomial twist, but cannot be removed because it is blocked on one side by the base of the horn 10 and on the other by the stops such as 75 which are screwed into the outer wall of rung 1.
  • the four sets of screw-nuts are first loosened, then the adjustment is carried out with using graduations and marks not shown in the figure, then the screw-nut assemblies are tightened.
  • the invention is not limited to the example described using FIGS. 3 to 6; thus, for example, the control of the angular position of the rungs can be carried out using motors. Furthermore, in the case where the received wave has only one rectilinear polarization, the polarization duplexer 5 of FIG. 3 does not have to be. Likewise, the binomial twist guide may include a number of steps other than four, for example 2, 3, 5, 6, etc.
  • the invention is not limited to the uti reading of the device in an antenna operating in reception since, due to the principle of the reversibility of electromagnetic waves, the device can also function well in transmission.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Description

  • La présente invention se rapporte à une antenne destinée à travailler en ondes à polarisation linéaire et comportant un cornet (10) immobile en rotation autour de son axe de symétrie, et un dispositif de transposition de la direction de la polarisation des ondes linéaires le traversant.
  • Une telle antenne est connue, par exemple à partir du document AU-A-264 023. Selon ce document, le dispositif de transposition de la direction de polarisation comporte un guide circulaire dans lequel des conducteurs sont disposés transversalement. Le dispositif est capable de produire une transposition au choix de 45° et de 0°.
  • L'ajustement en direction de la polarisation linéaire reçue d'une antenne par un récepteur associé à l'antenne est nécessaire dans certains cas. Par exemple dans le cas de stations terriennes, la même onde à polarisation verticale émise par un satellite est captée avec une direction de sa polarité qui fait, avec la verticale, un angle qui est fonction, en particulier, de la latitude et la longitude du lieu où cette onde est captée. De même un ajustement est nécessaire lorsqu'une antenne change de satellite pour les ondes qu'elle reçoit. De par le principe de réciprocité ceci est également valable pour l'émission à partir, par exemple, de stations terriennes.
  • Il est connu de réaliser des dispositifs de transposition en équipant l'antenne de réception au sol d'un système mécanique ou électromécanique permettant d'ajuster la direction de la polarisation en faisant tourner tout ou partie de l'antenne. Ces rotations sont tout à fait compatibles avec les antennes à optique Cassegrain, où il est facile de prévoir, à l'emplacement où se trouve le cornet c'est-à-dire sur le sommet du réflecteur principal paraboloïdal, une fixation permettant de faire tourner l'ensemble constitué par le cornet et ses connexions. Par contre, avec les antennes à illumination par le foyer (prime focus antenna dans la littérature anglo-saxonne), la rotation de la source primaire (cornet + connexions) pour ajuster la polarisation est pratiquement impossible; en effet dans ce cas la source primaire est généralement fixée rigidement à ses deux extrémités: au niveau du cornet rayonnant et au niveau de la jonction entre ses connexions et le ou les récepteurs associés à l'antenne. Les figures 1 et 2 associées à la description ci-après montreront la difficulté qu'il y a à prévoir, dans une antenne à illumination par le foyer, un ensemble mécanique permettant de faire tourner le cornet et ses connexions autour de l'axe principal du réflecteur.
  • Le document GB-A-938 004 divulgue un dispositif de guidage d'onde en torsade binomiale comprenant plusieurs sections coaxiales de guides d'onde rectangulaires dont les dimensions transverses augmentent ou diminuent progressivement et dont l'angle d'orientation par rapport à la première section augmente progressivement.
  • Le but de la présente invention est de proposer une antenne équipée d'un dispositif de transposition de la direction de la polarisation, à la fois simple et peu coûteux, utilisable tout aussi bien pour les antennes à illumination du foyer que pour les antennes à optique Cassegrain. Ce but est atteint par une antenne telle que définie dans la revendication principale.
  • L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent:
    • - les figures 1 et 2, des antennes selon l'art connu,
    • - la figure 3, une antenne selon l'invention,
    • - les figures 4 à 6, des vues partielles agrandies de l'antenne selon la figure 3,
    • - la figure 7, une courbe relative au réglage de l'antenne selon la figure 3.
  • Les figures 1 et 2 montrent, de façon schématique, des antennes à illumination par le foyer selon l'art connu. L'antenne selon la figure 1 comporte un réflecteur, Pi, associé à une source primaire en «V», Sl, elle-même connectée à un récepteur, Ri; la rotation de la source primaire autour de l'axe principal PP du réflecteur nécessite des moyens mécaniques capables de faire tourner le cornet et le récepteur R1 (ou l'émetteur dans le cas d'un fonctionnement en émission); une telle réalisation est chère, lourde et donc pratiquement jamais mise en oeuvre. L'antenne selon la figure 2 comporte un réflecteur, P2, associé à une source primaire en col de cygne, S2, elle-même connectée à un récepteur R2; dans ce cas l'ensemble constitué par la source primaire S2 et le récepteur R2 (ou l'émetteur dans le cas d'un fonctionnement en émission) a ses deux extrémités, c'est-à-dire son cornet et son récepteur, confondues avec l'axe principal de réflecteur, P2; mais si la commande en rotation de la source primaire et du récepteur est alors plus facile que dans le cas d'une antenne selon la figure 1, par contre les performances de l'antenne sont inférieures en raison du masque plus important créé par la source primaire du fait de la présence du col de cygne dans la partie centrale du rayonnement du réflecteur P2.
  • La figure 3 est une vue schématique d'une antenne à illumination du foyer, équipée d'un dispositif de transposition de la direction de la polarisation linéaire des ondes reçues par des moyens de réception 8 associés à cette antenne. L'antenne comporte un réflecteur 7 et une source primaire; cette source primaire est constituée, en série, par un cornet 10 suivi d'un guide en torsade binomiale 1,2,3,4 (step twist dans la littérature nord-américaine), suivi d'un duplexeur de polarisation 5 dont les deux accès V et H sont reliés aux moyens de réception 8 par des guides rectangulaires schématisés sur la figure par des lignes interrompues.
  • Un système de fixation 6 rend la source primaire solidaire du réflecteur 7. Ce système de fixation comporte quatre barres, telles que les barres 46, 47 qui apparaissent sur la figure 3; ces barres sont soudées, à leur première extrémité, sur le réflecteur 7. Le système de fixation 6 comporte également un ensemble de positionnement, 60 à 67, sur lequel sont boulonnées, à leur seconde extrémité, les barres de fixation. Ce système de fixation comporte deux demi-colliers 60-61, solidaires d'équerres telles que 62-63 sur lesquelles sont boulonnées les barres de fixation. Sur la figure 3 le système de fixation est montré en coupe de manière à laisser une vue dégagée de la source primaire de l'antenne.
  • La figure 4 est une vue partielle du système de fixation 6 de la figure 1; cette vue est une vue en coupe par un plan perpendiculaire au plan de la figure 3 et passant par la droite ZZ de cette figure. La figure 4 montre les deux demi-colliers 60-61 et des ensembles vis-écrous, tels que 66 et 67, qui servent à rapprocher les deux demi-colliers pour maintenir solidement le duplexeur de polarisation 5 de la figure 3.
  • Sur la figure 4 apparaissent également les quatre équerres 62 à 65 du système de fixation 6; deux de ces équerres 62, 64 sont soudées sur le demi-collier 60 et les deux autres 63, 65 sont soudées sur le demi-collier 61.
  • La figure 5 est une vue du guide en torsade binomiale 1, 2, 3, 4 à travers l'ouverture du cornet 10 de la figure 3. Il est à remarquer que le premier échelon (step dans la littérature nord-américaine), 1, de ce guide en torsade binomiale est solidaire du cornet 10 de la figure 3 et que sa position angulaire autour de l'axe principal 00 (figure 3) du guide en torsade binomiale, est réglable ainsi que celle des trois autres échelons 2, 3, 4 de ce guide; un ensemble de fixation, qui apparaîtra sur la figure 6 et sera décrit à l'aide de cette figure, permet de maintenir les échelons dans la position qui leur est impartie par réglage.
  • Sur la figure 5, un vecteur P; indique la direction de la polarisation verticale d'une onde à deux polarisations orthogonales, reçue par le cornet 10 (figure 3) tandis qu'un vecteur Ps indique la direction que doit avoir cette polarisation quand l'onde arrive dans le duplexeur de polarisation 5 (figure 3) pour que les moyens de réception 8 (figure 3) reçoivent cette onde avec le maximum d'énergie; ces deux vecteurs font, entre eux, un angle Y. Comme le montre la figure 5 le guide en torsade binomiale est un guide à section carrée; cette section carrée permet la transposition simultanée des directions des deux vecteurs champ de l'onde à polarisation orthogonale reçue.
  • Pour effectuer la transposition d'angle Y, les échelons 1,2,3 et 4 du guide en torsade binomiale sont tournés:
    • - pour le premier échelon, 1, d'un angle X1 par rapport à la position qu'aurait cet échelon si aucune transposition n'était nécessaire,
    • - pour les trois autres échelons, 2, 3, 4, respectivement d'angles X2, X3, X4 par rapport à la position de l'échelon précédent 1, 2, 3.
  • Par souci de clarté du dessin, afin de ne pas avoir des angles X1 à X4 trop petits, l'angle Y a été pris égal à 90°, étant entendu que Y peut prendre toutes les valeurs comprises entre 0 et 90°.
  • Le principe de fonctionnement du guide en torsade binomiale réglable est connu. Il s'agit d'une jonction, faite d'une suite de tronçons de guide d'ondes, qui sert à modifier l'angle du champ électrique sortant de ce composant par rapport à l'angle du champ électrique rentrant dans ce composant; cette modification se fait par pas d'une longueur L donnée par la distance, L (figure 3), entre deux transitions de ce guide en torsade, et cette longueur L est choisie égale à
    Figure imgb0001
    est la longueur d'onde guidée de la fréquence moyenne d'utilisation du guide torsadé, soit 11,7 GHz dans l'exemple décrit, et où K est le nombre d'échelons, soit 4 dans le cas présent. Cette jonction constituée par le guide en torsade introduit un coefficient de réflexion qui est fonction du nombre K des pas, de l'angle donné à chaque pas (Xi), de la fréquence de travail et de la fréquence de coupure du guide.
  • Pour avoir le coefficient de réflexion minimum l'angle X; de chaque échelon du guide en torsade binomiale est déterminé, de façon classique, suivant la loi binomiale dite Maximally flat. Les résultats de cette étude sont donnés pour le cas de quatre échelons par la figure 7; cette figure 7 montre par exemple que, pour obtenir une transposition de la direction de la polarisation, Y, de 90°, les angles X1 et X4 (figure 5) doivent avoir une valeur de 16,5° tandis que les angles X2 et X3 (figure 5) doivent avoir une valeur de 28,5°.
  • La figure 6 est une vue partielle de l'antenne selon la figure 3 au niveau du guide en torsade binomiale; sur cette figure apparaît un assemblage qui n'a pas été représenté sur la figure 3 par souci de clarté. Cet assemblage comporte une couronne 70, quatre butées, dont trois 75, 76, 77 apparaissent sur la figure 6, quatre ensembles vis-écrou dont trois, 71, 72 ou 73 apparaissent sur la figure 6 et une collerette 50 solidaire du guide d'ondes qui constitue l'accès du duplexeur de polarisation 5. Les ensembles vis-écrous, tels que 71, relient la couronne 70 à la collerette 50; sans les ensembles vis-écrous la couronne 70 peut tourner librement autour de l'échelon 1 du guide en torsade binomiale, mais ne peut être retirée car elle est bloquée d'un côté par la base du cornet 10 et de l'autre par les butées telles que 75 qui sont vissées dans la paroi extérieure de l'échelon 1. Pour régler la position angulaire des quatre échelons du guide en torsade binomiale les quatre ensembles vis-écrous sont d'abord desserrés, puis le réglage est effectué à l'aide de graduations et de repères non représentés sur la figure, puis les ensembles vis-écrous sont resserrés.
  • L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit à l'aide des figures 3 à 6; ainsi par exemple la commande de la position angulaire des échelons peut être effectuée à l'aide de moteurs. Par ailleurs, dans le cas où l'onde reçue ne comporte qu'une seule polarisation rectiligne, le duplexeur de polarisation 5 de la figure 3 n'a pas lieu d'être. De même le guide en torsade binomiale pourra comporter un nombre d'échelons différent de quatre, par exemple 2, 3, 5, 6 etc ....
  • Bien entendu l'invention ne se limite pas à l'utilisation du dispositif dans une antenne fonctionnant en réception puisque, en raison du principe de la réversibilité des ondes électromagnétiques, le dispositif peut aussi bien fonctionner en émission.

Claims (2)

1. Antenne destinée à travailler en ondes à polarisation linéaire et comportant une source primaire (10) immobile en rotation autour de son axe de symétrie (00), et un dispositif de transposition de la direction de la polarisation linéaire des ondes le traversant, caractérisée en ce que ledit dispositif de transposition, destiné à la transposition de la direction de deux polarisations orthogonales, est formé par un guide en torsade binomiale (1, 2, 3, 4) à section carrée, tranché en série dans la source primaire (10) de l'antenne.
2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le guide en torsade binomiale (1, 2, 3, 4) est réglable et qu'un système de fixation (6) du guide en torsade binomiale est muni de moyens de blocage (50, 70 à 77) et assure, après réglage du dispositif de transposition, le blocage de ce dispositif de transposition dans la position où il a été réglé.
EP82400514A 1981-03-31 1982-03-22 Antenne à dispositif de transposition de la direction de la polarisation linéaire Expired EP0061965B1 (fr)

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FR8106431 1981-03-31
FR8106431A FR2503462A1 (fr) 1981-03-31 1981-03-31 Antenne a dispositif de transposition de la direction de la polarisation lineaire

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EP0061965A1 EP0061965A1 (fr) 1982-10-06
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EP82400514A Expired EP0061965B1 (fr) 1981-03-31 1982-03-22 Antenne à dispositif de transposition de la direction de la polarisation linéaire

Country Status (6)

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US (1) US4546359A (fr)
EP (1) EP0061965B1 (fr)
JP (1) JPS57176805A (fr)
AT (1) ATE28013T1 (fr)
DE (1) DE3276648D1 (fr)
FR (1) FR2503462A1 (fr)

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