WO2004100306A2 - Satellite a couverture multi-zones assuree par deviation de faisceau - Google Patents

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WO2004100306A2
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Nokia Inc
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Alcatel SA
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/28—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons
    • H01Q1/288—Satellite antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/28—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the amplitude

Definitions

  • the invention relates to the field of satellite communications, and more particularly that of controlling the coverage of multiple geographic areas (or "spots") by communications satellites.
  • multi-zone hopping or “beam hopping”.
  • This coverage consists schematically of providing continuous multi-area coverage (in transmission and / or in reception) with passive antennas, the areas being grouped in cells within each of which a single area, called active, is covered at all times, and the different areas of the cells being active one after the other, periodically.
  • This type of coverage makes it possible in particular to allocate the entire frequency band available on a (active) part of all the zones for a given period.
  • a first arrangement consists in using first, second, third and fourth transmit / receive antennas (dual-bands) containing sources defining first, second, third and fourth zones respectively, each cell then being made up of a first, a second, a third and a fourth zone.
  • the mesh available at the source level is large enough to allow the use of large opening sources (typically 4 to 6 ⁇ ) and therefore very directive. This provides very high illumination yields, typically from 75% to 80%.
  • the antennas are dual-band, the gain at the edge of the coverage (G E oc) cannot be optimized simultaneously in transmission and in reception.
  • the zone hopping (or “beam hopping”) being effected by antenna switching, the losses generated at the level of the connection guides, between each source and the switch, are significant.
  • a second arrangement consists of repeating the previous arrangement by doubling the number of antennas so as to have four transmit antennas, and four receive antennas.
  • the mesh being substantially identical to that of the previous arrangement, it is therefore also possible to obtain very high illumination yields, typically from 75% to 80%.
  • the antennas being here optimized in each frequency band, it is therefore possible to optimize the gain at the edge of the cover (G E oc) simultaneously in transmission and in reception.
  • G E oc the gain at the edge of the cover
  • a third arrangement consists in starting from the first arrangement by reducing the number of antennas to three.
  • the available mesh is here slightly smaller than in the two previous arrangements, so that the sources have an opening of the order of 3 to 5 ⁇ and are therefore a little less directive.
  • the lighting output is still very acceptable and the layout constraint is greatly relaxed.
  • the losses generated at the level of the connection guides, between each source and the switch are significant.
  • the mesh being tighter, the performances of C / l (ratio between the useful signal (C for “Carrier”) and the interfering signals (I) generated by the other sources which work in the same frequency band and in the same polarization as the useful area) are degraded.
  • a fourth arrangement consists in using only a transmitting antenna and a receiving antenna.
  • the definition of all the zones with a single antenna imposes a very tight mesh, so that the sources have an opening of the order of 1.2 to 1.5 ⁇ and are therefore not very directive.
  • the illumination efficiency is then very poor (typically 35% to 40%), which requires oversizing of the antenna reflectors and antennas which can cause technology problems, in particular when the satellite operates in the frequency band. "Ka".
  • the gain at the edge of the cover (GE OG ) is therefore reduced by 3 to 4 dB compared to the previous arrangements, and the "roll-off" (gain variation over the whole of the multi-zone cover, and more precisely the difference between the maximum gain on each zone and the EOC gain) is very high, typically of the order of 8 to 12 dB compared to the 4 to 6 dB presented by the previous arrangements.
  • the situation is substantially identical with regard to the other types of multi-zone coverage and in particular in the case of multi-zone coverage by static deflection of beams and of multi-zone coverage by dynamic deflection of a beam.
  • the invention therefore aims to improve the situation in terms of multi-zone coverage.
  • a telecommunications satellite with multi-zone coverage comprising at least one transmitting and / or receiving antenna comprising at least one transmitting and / or receiving source capable of delivering and / or receiving a beam in a chosen direction defined by a chosen value phase and a chosen value amplitude.
  • This satellite is characterized by the fact that at least one of its emission and / or reception sources is coupled to processing means responsible for deflecting its beam or its direction of reception in at least one other direction chosen by variation at least the value of the amplitude.
  • processing means are responsible for deflecting the beam in several directions chosen according to a law of variation of the value of the amplitude.
  • the processing means preferably comprise a first coupler located on the main line and coupled to a first end of an auxiliary line comprising amplitude variation means, and a second coupler located on the main line between the first coupler and the transmission or reception module and connected at a second end of the auxiliary line.
  • the second coupler can be arranged in the form of a deviation coupler, such as for example a mode extractor (s) comprising a circular waveguide coupled to at least one rectangular waveguide via a row of slots.
  • the processing means may comprise a single coupler installed on the main line and coupled to at least one resonant cavity defining the amplitude.
  • the processing means can comprise at least two resonant cavities each controlled by a PIN diode and having between them selected electromagnetic couplings which define the amplitude.
  • the processing means can be arranged so as to deflect the beam or the direction of reception in at least one of the directions chosen by variation of the value of the amplitude and of the value of the sentence.
  • the deflection then preferably takes place as a function of a law of variation of the value of the amplitude and of a law of variation of the value of the phase.
  • the auxiliary line embodiment presented above, then comprises means for phase variation located on said auxiliary line.
  • the single coupler is coupled to at least three resonant cavities each controlled by a PIN diode and having between them selected electromagnetic couplings defining the amplitude and whose the respective positions, relative to the coupler, define the phase.
  • the transmitting and / or receiving antenna comprises a multiplicity of transmitting and / or receiving sources, each delivering a beam in a chosen direction, and first control means responsible for controlling the processing means (which are coupled to the transmission and / or reception sources) according to a chosen space-time diagram.
  • the processing means of each source of emission and / or reception can be arranged so as to deflect their beam (or their direction of reception) in a cyclic fashion according to N (for example N ⁇ 4) different directions associated with N coverage areas, each beam (or reception direction) then being deflected in one of the N directions for a chosen duration equal to the Nth of the cycle duration.
  • the first control means can then be arranged so as to order the processing means to operate simultaneously and according to cycles of equal durations so that the satellite provides multi-zone coverage by zone hopping (or beam hopping).
  • FIG. 1 is a functional block diagram schematically illustrating a multi-channel transmit and / or receive antenna of a satellite according to the invention
  • FIG. 2 schematically illustrates the mechanism for deflecting a beam in transmission or for deviating in the direction of reception
  • FIG. 3 schematically illustrates a first embodiment of a transmission and / or reception channel of a transmission and / or reception antenna of a satellite according to the invention
  • FIG. 4 schematically illustrates an example of multi-zone coverage adapted to the static deflection of a beam
  • FIG. 5 schematically illustrates a second embodiment of a transmission and / or reception channel of a transmission and / or reception antenna of a satellite according to the invention
  • FIG. 6 schematically illustrates a third embodiment of a transmission and / or reception channel of a transmission and / or reception antenna of a satellite according to the invention
  • FIG. 7 schematically illustrates an example of multi-zone coverage in the case of an application of the beam hopping type
  • FIG. 8 schematically illustrates the beam deflection (or switching) mechanism within a cell, in an application of the beam hopping type
  • FIG. 9A to 9C schematically illustrate, respectively in longitudinal sectional views, in partial perspective (CP2), and in cross section at CP2, an exemplary embodiment of a deviation coupler used in a track transmission and / or reception of a transmission and / or reception antenna of the type illustrated in FIG. 6.
  • the accompanying drawings may not only serve to complete the invention, but also contribute to its definition, if necessary.
  • the invention relates to telecommunications satellites intended for multi-zone coverage in transmission and / or reception, and more precisely on such satellites comprising at least one passive transmission antenna and / or at least one passive reception antenna. .
  • Such a transmission and / or reception source Si includes a transmission and / or reception module Ri, such as for example a transponder (such as an HPA for “high power amplifier” in transmission or such as a LNA for "Low noise amplifier” in reception), and a transmitter and / or receiver Ci, such as a horn, coupled to the transmission and / or reception module Ri by a main line LPi, such as a guide wave, equipped with a MV processing module.
  • a transmission and / or reception module Ri such as for example a transponder (such as an HPA for “high power amplifier” in transmission or such as a LNA for "Low noise amplifier” in reception)
  • a transmitter and / or receiver Ci such as a horn
  • This MTi processing module is responsible for deflecting the beam (or the direction of reception), which must transmit (and / or receive) the horn Ci which is associated with it, according to at least one chosen direction which differs from the direction associated with the mode standard propagation of the transmission and / or reception channel i (or source Si), which is defined by an amplitude A and by a phase ⁇ .
  • the deviation is obtained at least by a variation p of the value of the amplitude A of the beam emitted or received by a transmission and / or reception module R. But, as illustrated in FIG. 2, the deviation can be at both obtained by a variation p of the value of the amplitude A and by a variation of the value of the phase ⁇ . In this FIG.
  • the dotted circle Z, of center Cnd materializes the coverage of an area by a beam emitted or received, without treatment (or deviation), by a horn Ci of a transmitting antenna and / or of reception with an angular "dispersion" ⁇ , while the circle in solid line Z ', of center Cd materializes the coverage of an area by a deflected beam emitted or received by the same horn Ci with the same angular dispersion ⁇ .
  • a first way may for example consist in implanting on the main line LP of a transmission and / or reception channel one or more resonant cavities arranged so as to vary the amplitude of the signals, as well as possibly their phase.
  • the processing module TM comprises a coupler CP installed on the main line LP and coupled to a single resonant cavity CR.
  • the electromagnetic coupling between the coupler CP and the cavity CR makes it possible to excite one or two modes of order higher than that of the telecommunication signal to be transmitted or received, delivered by the transmission and / or reception module R, this which induces a deviation of the main transmission and / or reception lobe of the horn C, and consequently of the beam to be transmitted or of the direction of reception of the beam to be received, which beam contains said telecommunication signal.
  • This embodiment which allows only one deflection is particularly well suited to situations in which the deflection of the beam is static.
  • the invention makes it possible to replace one or more spots by additionally offering more directive sources, as illustrated in FIG. 4. More precisely, in the example of FIG.
  • the dotted circles Z1 to Z4 materialize four contiguous sources, while the circles in solid lines Z'1 to Z'4 materialize the final positions of the zones (or spots) covered by said sources after treatment (the spots corresponding to the sources without treatment are circles concentric to the dotted circles Z1 to Z4 and diameters equivalent to those of the solid lines Z'1 to Z'4, and the arrows materialize the displacements d2 to d4 of the centers of the zones Z2 to Z4).
  • This example corresponds in particular to the case of satellites using four sources of 1.74 ° in S-band (2500 MHz).
  • the invention makes it possible to replace either a 9-meter antenna equipped with at least twelve sources and a BFN (for “Beam Forming Network” - device making it possible to apply amplitude and phase laws on all sources to generate four spots; we therefore use three to four sources to generate each spot and certain sources can be used several times), i.e. three 5-meter antennas equipped with four sources, by a five-meter antenna equipped with four very directive sources. This results in an improvement in gain, an optimization of the roll-off and a significant reduction in size.
  • BFN for “Beam Forming Network” - device making it possible to apply amplitude and phase laws on all sources to generate four spots; we therefore use three to four sources to generate each spot and certain sources can be used several times
  • This embodiment also corresponds to situations requiring the coverage of adjacent areas with overlap.
  • Such a situation corresponds in particular to satellites using four antennas, one of which provides coverage using spots of the Ku and Ka types.
  • Such satellites generally cover nine areas in the Ka band and four areas in the Ku band.
  • the Ku band corresponds, at reception, substantially to the interval [13.7 GHz, 15.6 GHz] and, in transmission, substantially to the interval [10.7 GHz, 12.8 GHz].
  • the Ka band corresponds, at reception, substantially to the interval [27.5 GHz, 30 GHz] and, in transmission, substantially to the interval [18.2 GHz, 20.2 GHz].
  • the invention makes it possible to use very directive Ka and Ku sources, and consequently to significantly improve the gain and the C / l ratio, to greatly optimize the roll-off and to significantly reduce the consumption of power.
  • This embodiment also corresponds to situations requiring a dynamic deflection of a beam (also called “theater displacement”).
  • This situation can arise when using a beam having an angular dispersion of between approximately 1.6 ° and 3.2 °, making it possible to cover an area of 1000 to 2000 kilometers. This is particularly the case during certain events such as the Olympic Games.
  • the invention here makes it possible to reposition a beam electronically and quickly at will, without having to mechanically move the satellite, as is currently the case, which reduces energy consumption and significantly improves the positioning accuracy and its speed.
  • a variant of this embodiment using a single resonant cavity, permanently active may consist, as illustrated in FIG. 5, of using on each transmission and / or reception channel i (or source Si) a processing module.
  • MT comprising a coupler CP installed on the main line LP and coupled to at least two resonant cavities CR1, CR2 each controlled by a PIN diode DP1, DP2 and having between them electromagnetic couplings chosen so as to vary the amplitude as well as possibly the phase.
  • the electromagnetic coupling between the cavities CR1 and CR2, via the coupler CP, makes it possible to excite one or two modes of order higher than the fundamental mode of the telecommunication signal to be transmitted, delivered by the transmission and / or reception module R , which induces a deviation of the main emission lobe of the horn C, and consequently of the beam to be transmitted or of the direction of reception. More precisely, the amplitude p of the deviation is fixed by the coupling between the resonant cavities, while the variation of the value of the phase ⁇ is fixed by the position of the resonant cavities.
  • the number of possible deviations is here fixed by the number of possible activation combinations of the different resonant cavities CR, via the associated control PIN PIN diodes, which obviously depends on the number of resonant cavities used (for example four or eight).
  • the MT processing module can be implemented in a second way, as illustrated in FIG. 6.
  • This second way consists in installing on the main line LP of a transmission and / or reception channel (or source S), on the one hand, a first coupler CP1, coupled to a first end of an auxiliary line LA comprising an amplitude attenuator AA and a phase shifter DP, and on the other hand, a second coupler CP2 (downstream of the first coupler CP1 ), coupled to a second end of the auxiliary line LA.
  • the first coupler CP1 is arranged to take from the main line LP part of the telecommunication signal to be transmitted in the form of a beam, so as to inject it into the auxiliary line LA where it is subject to an amplitude variation at the level of the amplitude attenuator AA, as well as possibly a phase variation at the phase shifter DP, before being reinjected into the main line LP by means of the second coupler CP2.
  • the second coupler CP2 is arranged so as to generate at the input of the horn C one or two modes (for example TM01 and TE21 which make it possible to generate antisymmetric radiation patterns with an absence of signal in the axis) of higher order in the fundamental mode of the telecommunication signal to be transmitted, delivered by the transmission module R, which induces the deflection of the beam.
  • the injection of one or two higher order modes at the entrance of horn C causes a deviation of its main emission lobe. This also applies to reception under the reciprocity theorem which applies when the elements are of the passive type.
  • the AA amplitude attenuator and / or the DP phase shifter can be of the variable type, when necessary.
  • the processing module TM is therefore configured to vary the amplitude according to a chosen amplitude law and / or the phase according to a chosen phase law.
  • phase shifter DP is omitted.
  • the deviation results exclusively from a variation in amplitude.
  • This embodiment like that presented previously with reference to FIG. 5, is particularly well suited, although not limited to, for multi-zone coverage by zone hopping (or beam hopping) which is illustrated in the figures. 7 and 8.
  • multi-zone (or multi-spot) coverage by beam hopping consists in forming a “cluster” or “mosaic” G of adjacent coverage zones (or spots) Z, which, preferably, partially overlap.
  • Each cluster G is subdivided into cells Cel comprising the same number j of zones Zj.
  • the beam hopping consists in making active, at each instant, only one zone Zj of each cell Cel of a cluster G. Consequently, the zones Zj of the same cell Cel are active (or covered) one after the other the others, periodically and preferably for identical durations equal to the jth part ⁇ 5T of the period, under the control of the control module MC.
  • the active zones ZA of a cluster G are materialized in black, while the inactive zones Zl are materialized in white.
  • the same source Si now makes it possible to cover the four (or N) zones Zj of the same cell Cel using the principle of beam deflection described above.
  • the horn Ci of the source Si (or transmission and / or reception channel i) is arranged to deliver an unprocessed (or non-deflected) beam whose center is materialized by the small black circle Fnd, and the processing module MTi, associated with this source Si, is arranged so as to deflect the beam in four different directions which define (here) the four zones Z1 to Z4 of a cell Cel.
  • the first zone (or spot) Z1 corresponds to a beam deflected in a first direction defined by an amplitude A0 and a phase ⁇ 0
  • the second zone Z2 corresponds to a beam deflected in a second direction defined by an amplitude A0 3 and a phase ⁇ 0 + 90 °
  • the third zone Z3 corresponds to a beam deflected in a third direction defined by an amplitude A0 and a phase ⁇ 0 + 180 °
  • the fourth zone Z4 corresponds to a beam deflected according to a fourth direction defined by an amplitude AO ⁇ and a phase ⁇ 0 + 270 °.
  • the amplitude of deviation p ⁇ from the center of the beam corresponding to the first area Z1 with respect to the reference direction defined by the center of the non-deflected beam Fnd is substantially equal to 30/4
  • the amplitude of deviation p2 from the center of the beam corresponding to the second zone Z2 with respect to the reference direction is substantially equal to ⁇ - lA.
  • the processing module MTi of a transmission and / or reception channel i (or source Si) is therefore designed to "switch" the beam delivered by (or the direction of reception of the beam received by) its horn Ci d ' one area to another.
  • the processing module MTi of a transmission and / or reception channel i is therefore designed to "switch" the beam delivered by (or the direction of reception of the beam received by) its horn Ci d ' one area to another.
  • the control module MC of the transmission antenna A is arranged so as to operate according to a space-time law the processing modules MTi of each transmission channel i (or source Si). More preferably, the control module MC controls the processing modules MTi so that they operate synchronously, simultaneously and periodically, and that during each fraction of period ⁇ T the same zone Zj of each Cel cell is activated (or covered).
  • these sources can be very directive, which makes it possible to obtain a highly optimized lighting yield.
  • this optimizes the GEOC gain at the edge of the cover (or EOC for “Edge Of Coverage”).
  • beam hopping type switching takes place within the same antenna, the losses due to the link guides are greatly reduced.
  • FIGS. 9A to 9C describe an exemplary embodiment and operation of a second coupler CP2 which can be used on a transmission and / or reception channel of the type of those illustrated in FIGS. 1 and 6 .
  • the second coupler CP2 is preferably a so-called “deviation meter” coupler (or “mode extractor (s)”), arranged to take samples from the main line LP, at the output of the horn 0 for reception C, the mode (s) which is (are) continued to inject it into the first auxiliary line LA.
  • the CP2 deviation coupler is designed to define a short-circuit plan for the tracking mode (s) which will force it to join the first auxiliary line LA (the standard propagation mode ( or fundamental), of the lowest order, as well as the other 5 non-pursued modes therefore continue their journey within the main line LP).
  • the deviation coupler CP2 is arranged so as to extract and or generate the modes TM01 and TE21 from the main line LP in order to inject them into the first auxiliary line LA. o
  • This extraction and / or this generation of mode (s) can be carried out in different ways. However, it is advantageous that it takes place via one or more rows of coupling slots, as illustrated in FIGS. 9A to 9C.
  • the transmission and / or reception element is here of the monobloc type. It comprises an upstream part defining a horn C and a downstream part extending the upstream part and defining a deviation coupler CP2.
  • the downstream part CP2 is here made up, firstly, of a central waveguide LP, of circular section, defining the main line in which the pursued modes are extracted and / or generated, of a second part, four peripheral waveguides LAa to LAd, of rectangular section, defining four portions of the first auxiliary line, and thirdly, four rows of coupling slots FEa to FEd, preferably of rectangular shape, ensuring the coupling between the central waveguide LP and the four peripheral waveguides LAa to LAd.
  • coupling slots can be used, such as, for example, circular or elliptical, or cross-shaped slots, and the like.
  • the higher order modes pursued are therefore extracted and / or generated from the main waveguide LP by the coupling slots FEa to FEd and then injected into the peripheral waveguides LAa to LAd.
  • the number of rows of slots, and therefore the number of peripheral waveguides, of the embodiment illustrated in FIGS. 9A to 9C are not limited to 4. This number can take any value greater than or equal to one (1). It is important to note that the number of rows does not correspond to the number of modes extracted and / or generated. One can indeed use four rows of slots to extract and / or generate a single superior mode. Furthermore, the number of rows is also used to distribute the extraction and / or generation of the higher modes without disturbing the main telecommunications channel. This is why one generally uses rows of coupling slots with symmetry of revolution, for example four rows at 90 ° or eight rows at 45 °, etc. In addition, a slot coupling has been described, but it is also possible to consider probe coupling when the first auxiliary line is of the coaxial type.
  • two higher order modes are used (generally the pairs (TM01 and TE21) or (TE21 and TE21 orthogonal)) when the polarization of the incident or transmitted wave is linear. Knowing the values of the amplitude and of the phase of these two modes, it is in fact possible to determine each time the parameters p and ⁇ described previously with reference to FIG. 2. In other words, in the case of a polarization linear, using two orthogonal modes, we can deflect the beam in transmission (or the direction of reception) in any direction of space within the width limits of the main lobe to 3 dB ( ⁇ 3d -.) -
  • the coupling cannot be modified dynamically because a mode extractor is a mechanical part cut from the mass. Consequently, once one has chosen the polarization of the wave, it remains only to determine if one will extract one or two modes of higher orders, then one conceives consequently the extractor of Mode (s).
  • the invention is not limited to the embodiments of telecommunications satellite described above, only by way of example, but it encompasses all the variants that a person skilled in the art may envisage within the framework of the claims below. after.

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Abstract

Un satellite de télécommunications à couverture multi-zones comporte au moins une antenne d'émission et/ou de réception comprenant au moins une source d'émission et/ou de réception (C, R) pour délivrer et/ou recevoir un faisceau selon une direction choisie définie par une phase de valeur choisie et une amplitude de valeur choisie. L'une au moins des sources d'émission et/ou de réception (C, R) est couplée à des moyens de traitement (MT) chargés de dévier son faisceau ou sa direction de réception selon au moins une autre direction choisie par variation d'au moins la valeur de l'amplitude.

Description

SATELLITE À COUVERTURE MULTI-ZONES ASSURÉE PAR DÉVIATION DE FAISCEAU
L'invention concerne le domaine des communications par satellite, et plus particulièrement celui du contrôle de la couverture de zones géographiques (ou « spots ») multiples par des satellites de communications.
En matière de communication, notamment satellitaire, il est souhaitable que la qualité de réception soit la meilleure possible. Pour ce faire, il faut non seulement que la zone de réception soit couverte, mais également que la puissance des signaux reçus soit suffisante.
Parmi les nombreux types de couverture satellite multi-zones on peut notamment citer celle que l'homme de l'art appelle le « saut de zone » (ou « beam hopping ») multi-faisceaux. Cette couverture consiste schématiquement à réaliser une couverture multi-zones continue (en émission et/ou en réception) avec des antennes passives, les zones étant regroupées en cellules au sein de chacune desquelles une seule zone, dite active, est couverte à chaque instant, et les différentes zones des cellules étant actives les unes après les autres, de façon périodique. Ce type de couverture permet notamment d'allouer toute la bande de fréquence disponible sur une partie (active) de l'ensemble des zones pendant une période donnée.
Plusieurs agencements permettent d'obtenir ce type de couverture. Ils reposent tous sur une même technologie consistant à associer chaque zone de couverture à une source d'émission. Un premier agencement consiste à utiliser des première, seconde, troisième et quatrième antennes d'émission/réception (bi-bandes) contenant des sources définissant respectivement des premières, secondes, troisièmes et quatrièmes zones, chaque cellule étant alors constituée d'une première, d'une seconde, d'une troisième et d'une quatrième zones. Dans ce type d'agencement la maille disponible au niveau des sources est suffisamment grande pour permettre l'utilisation de sources de grande ouverture (typiquement 4 à 6 Λ) et donc très directives. Cela permet d'obtenir des rendements d'illumination très importants, typiquement de 75% à 80%. Cependant, les antennes étant bi-bandes, le gain en bord de couverture (GEoc) ne peut pas être optimisé simultanément en émission et en réception. De plus, le saut de zone (ou « beam hopping ») s'effectuant par commutation d'antenne, les pertes générées au niveau des guides de liaison, entre chaque source et le commutateur, sont importantes.
Un deuxième agencement consiste à reprendre l'agencement précédent en doublant le nombre d'antennes de manière à avoir quatre antennes d'émission , et quatre antennes de réception. Dans ce type d'agencement la maille étant sensiblement identique à celle de l'agencement précédent, on peut donc également obtenir des rendements d'illumination très importants, typiquement de 75% à 80%. Les antennes étant ici optimisées dans chaque bande de fréquence, il est donc possible d'optimiser le gain en bord de couverture (GEoc) simultanément en émission et en réception. Cependant, l'utilisation de huit antennes impose des contraintes d'aménagement importantes. De plus, le beam hopping s'effectuant également par commutation d'antenne, les pertes générées au niveau des guides de liaison, entre chaque source et le commutateur, sont importantes.
Un troisième agencement consiste à partir du premier agencement en réduisant le nombre d'antennes à trois. La maille disponible est ici légèrement plus petite que dans les deux agencements précédents, de sorte que les sources présentent une ouverture de l'ordre de 3 à 5 λ et sont donc un peu moins directives. Le rendement d'illumination demeure toujours très acceptable et la contrainte d'aménagement est fortement relâchée. Mais, le beam hopping s'effectuant toujours par commutation d'antenne, les pertes générées au niveau des guides de liaison, entre chaque source et le commutateur, sont importantes. De plus, la maille étant plus serrée, les performances de C/l (rapport entre le signal utile (C pour « Carrier ») et les signaux interférents (I) générés par les autres sources qui travaillent dans la même bande de fréquence et dans la même polarisation que la zone utile) sont dégradées.
Un quatrième agencement consiste à n'utiliser qu'une antenne d'émission et une antenne de réception. Le beam hopping s'effectuant désormais par commutation au sein d'une même antenne, les pertes générées au niveau des guides de liaison, entre chaque source et le commutateur, sont peu importantes. Mais, la définition de l'ensemble des zones avec une unique antenne impose une maille très serrée, si bien que les sources présentent une ouverture de l'ordre de 1,2 à 1 ,5 Λ et sont donc très peu directives. Le rendement d'illumination est alors très médiocre (typiquement de 35% à 40%), ce qui impose un surdimensionnement des réflecteurs d'antenne et des antennes pouvant entraîner des problèmes de technologie, en particulier lorsque le satellite fonctionne dans la bande de fréquence « Ka ». Le gain en bord de couverture (GEOG) est donc réduit de 3 à 4 dB par rapport aux agencements précédents, et le « roll-Off » (variation de gain sur l'ensemble de la couverture multi-zones, et plus précisément la différence entre le gain maximal sur chaque zone et le gain EOC) est très élevé, typiquement de l'ordre de 8 à 12 dB comparé aux 4 à 6 dB que présentent les agencements précédents.
Aucun agencement connu n'apporte donc une entière satisfaction en matière de couverture multi-zones par « sauts de zone ».
La situation est sensiblement identique pour ce qui concerne les autres types de couverture muti-zones et en particulier dans le cas de la couverture multi-zones par déviation statique de faisceaux et de la couverture multi-zones par déviation dynamique d'un faisceau.
L'invention a donc pour but d'améliorer la situation en matière de couverture multi-zones.
Elle propose à cet effet un satellite de télécommunications à couverture multi-zones, comportant au moins une antenne d'émission et/ou de réception comprenant au moins une source d'émission et/ou de réception capable de délivrer et/ou de recevoir un faisceau selon une direction choisie définie par une phase de valeur choisie et une amplitude de valeur choisie.
Ce satellite se caractérise par le fait que l'une au moins de ses sources d'émission et/ou de réception est couplée à des moyens de traitement chargés de dévier son faisceau ou sa direction de réception selon au moins une autre direction choisie par variation d'au moins la valeur de l'amplitude. Lorsqu'une déviation multiple est requise, les moyens de traitement sont chargés de dévier le faisceau selon plusieurs directions choisies en fonction d'une loi de variation de la valeur de l'amplitude.
Le fait d'utiliser un nombre réduit de sources d'émission et/ou de réception permet de simplifier notablement l'architecture des antennes et des satellites qui les portent, d'en améliorer la directivité et le rapport C/l, et d'en maîtriser le roll-off.
Dans un mode de réalisation adapté aux agencements dans lesquels la source d'émission et/ou de réception comprend une ligne principale raccordant un module d'alimentation à un module d'émission et/ou de réception, les moyens de traitement comprennent préférentiellement un premier coupleur implanté sur la ligne principale et couplé à une première extrémité d'une ligne auxiliaire comprenant des moyens de variation d'amplitude, et un second coupleur implanté sur la ligne principale entre le premier coupleur et le module d'émission ou de réception et raccordé à une seconde extrémité de la ligne auxiliaire. Dans ce cas, le second coupleur peut être agencé sous la forme d'un coupleur d'écartométrie, tel que par exemple un extracteur de mode(s) comportant un guide d'onde circulaire couplé à au moins un guide d'onde rectangulaire via une rangée de fentes. En variante, les moyens de traitement peuvent comprendre un unique coupleur implanté sur la ligne principale et couplé à au moins une cavité résonnante définissant l'amplitude. Dans ce cas les moyens de traitement peuvent comprendre au moins deux cavités résonnantes commandées chacune par une diode PIN et présentant entre elles des couplages électromagnétiques choisis qui définissent l'amplitude.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de traitement peuvent être agencés de manière à dévier le faisceau ou la direction de réception selon l'une au moins des directions choisies par variation de la valeur de l'amplitude et de la valeur de la phase. Lorsqu'une déviation multiple est requise, la déviation s'effectue alors préférentiellement en fonction d'une loi de variation de la valeur de l'amplitude et d'une loi de variation de la valeur de la phase. Le mode de réalisation à ligne auxiliaire, présenté ci-avant, comprend alors des moyens de variation de phase implantés sur ladite ligne auxiliaire. De même, dans la variante de réalisation à cavité(s) résonnante(s), l'unique coupleur est couplé à au moins trois cavités résonnantes commandées chacune par une diode PIN et présentant entre elles des couplages électromagnétiques choisis définissant l'amplitude et dont les positions respectives, par rapport au coupleur, définissent la phase.
Lorsque cela s'avère nécessaire, l'antenne d'émission et/ou de réception comprend une multiplicité de sources d'émission et/ou de réception, délivrant chacune un faisceau selon une direction choisie, et des premiers moyens de contrôle chargés de contrôler les moyens de traitement (qui sont couplés aux sources d'émission et/ou de réception) en fonction d'un schéma spatio-temporel choisi.
Dans ce cas, les moyens de traitement de chaque source d'émission et/ou de réception peuvent être agencés de manière à dévier leur faisceau (ou leur direction de réception) de façon cyclique selon N (par exemple N≈4) directions différentes associées à N zones de couvertures, chaque faisceau (ou direction de réception) étant alors dévié(e) suivant l'une des N directions pendant une durée choisie égale au Nième de la durée du cycle. Les premiers moyens de contrôle peuvent alors être agencés de manière à ordonner aux moyens de traitement de fonctionner simultanément et selon des cycles de durées égales afin que le satellite assure une couverture multi-zones par sauts de zone (ou beam hopping).
L'invention trouve une application particulièrement intéressante, bien que de façon non limitative, dans le cas d'une émission et ou d'une réception de faisceaux dans les bandes de fréquence de type « Ku » et ou « Ka ». D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est un diagramme bloc fonctionnel illustrant schématiquement une antenne d'émission et/ou de réception multi-voies d'un satellite selon l'invention,
- la figure 2 illustre de façon schématique le mécanisme de déviation de faisceau en émission ou de déviation de direction de réception, - la figure 3 illustre schématiquement un premier mode de réalisation d'une voie d'émission et/ou de réception d'une antenne d'émission et/ou de réception d'un satellite selon l'invention,
- la figure 4 illustre schématiquement un exemple de couverture multi-zones adaptée à la déviation statique d'un faisceau,
- la figure 5 illustre schématiquement un second mode de réalisation d'une voie d'émission et/ou de réception d'une antenne d'émission et/ou de réception d'un satellite selon l'invention,
- la figure 6 illustre schématiquement un troisième mode de réalisation d'une voie d'émission et/ou de réception d'une antenne d'émission et/ou de réception d'un satellite selon l'invention,
- la figure 7 illustre schématiquement un exemple de couverture multi-zones dans le cas d'une application de type beam hopping,
- la figure 8 illustre schématiquement le mécanisme de déviation (ou commutation) de faisceau au sein d'une cellule, dans une application de type beam hopping, et
- les figures 9A à 9C illustrent schématiquement, respectivement dans des vues en coupe longitudinale, en perspective partielle (CP2), et en coupe transversale au niveau de CP2, un exemple de réalisation d'un coupleur d'écartométrie utilisé dans une voie d'émission et/ou de réception d'une antenne d'émission et/ou de réception du type de celle illustrée sur la figure 6.
Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. L'invention porte sur les satellites de télécommunications destinés à la couverture multi-zones en émission et/ou en réception, et plus précisément sur de tels satellites comprenant au moins une antenne d'émission passive et/ou au moins une antenne de réception passive.
On se réfère tout d'abord aux figures 1 à 5 pour décrire l'invention dans sa mise en œuvre au sein d'une antenne d'émission et/ou de réception A de satellite ST. Sur ces figures, le satellite ST n'est pas représenté afin de ne pas surcharger les dessins. Comme illustré sur la figure 1 , une antenne de satellite selon l'invention comprend une ou plusieurs voies d'émission et/ou de réception i (ici i=1 à n) constituant chacune une source d'émission et/ou de réception Si capable de délivrer un faisceau, ou de réceptionner des faisceaux, selon au moins deux directions choisies, définies chacune par une phase de valeur choisie et une amplitude de valeur choisie. Une telle source d'émission et/ou de réception Si comprend un module d'émission et/ou de réception Ri, comme par exemple un transpondeur (tel qu'un HPA pour « Amplificateur à forte puissance » en émission ou tel qu'un LNA pour « Amplificateur à faible bruit » en réception), et un émetteur et/ou récepteur Ci, comme par exemple un cornet, couplé au module d'émission et/ou de réception Ri par une ligne principale LPi, comme par exemple un guide d'ondes, équipée d'un module de traitement MT .
Ce module de traitement MTi est chargé de dévier le faisceau (ou la direction de réception), que doit émettre (et/ou recevoir) le cornet Ci qui lui est associé, selon au moins une direction choisie qui diffère de la direction associée au mode de propagation standard de la voie d'émission et/ou de réception i (ou source Si), laquelle est définie par une amplitude A et par une phase Φ.
La déviation est obtenue au moins par une variation p de la valeur de l'amplitude A du faisceau émis ou reçu par un module d'émission et/ou de réception R. Mais, comme illustré sur la figure 2, la déviation peut être à la fois obtenue par une variation p de la valeur de l'amplitude A et par une variation de la valeur de la phase φ. Sur cette figure 2, le cercle en pointillé Z, de centre Cnd matérialise la couverture d'une zone par un faisceau émis ou reçu, sans traitement (ou déviation), par un cornet Ci d'une antenne d'émission et/ou de réception avec une « dispersion » angulaire θ, tandis que le cercle en trait plein Z', de centre Cd matérialise la couverture d'une zone par un faisceau dévié émis ou reçu par le même cornet Ci avec la même dispersion angulaire θ.
Comme on peut le constater, en faisant varier l'amplitude, ainsi qu'éventuellement la phase, d'un faisceau à émettre ou à recevoir, il est possible de choisir le plan dans lequel ledit faisceau doit être dévié. La déviation maximale est limitée à la valeur de θ, qui correspond à la largeur du lobe à 3 dB.
Pour réaliser cette déviation, le module de traitement TMi peut être agencé de différentes façons. Une première façon peut par exemple consister à implanter sur la ligne principale LP d'une voie d'émission et/ou de réception une ou plusieurs cavités résonnantes agencées de manière à faire varier l'amplitude des signaux, ainsi qu'éventuellement leur phase.
Dans l'exemple illustré sur la figure 3, le module de traitement TM comprend un coupleur CP implanté sur la ligne principale LP et couplé à une unique cavité résonnante CR. Le couplage électromagnétique entre le coupleur CP et la cavité CR permet d'exciter un ou deux modes d'ordre supérieur à celui du signal de télécommunication à émettre ou à recevoir, délivré par le module d'émission et/ou de réception R, ce qui induit une déviation du lobe principal d'émission et ou de réception du cornet C, et par conséquent du faisceau à émettre ou de la direction de réception du faisceau à recevoir, lequel faisceau contient ledit signal de télécommunication.
Ce mode de réalisation qui ne permet qu'une seule déviation est particulièrement bien adapté aux situations dans lesquelles la déviation du faisceau est statique.
C'est par exemple le cas lorsque l'on veut utiliser des grosses sources pour générer des zones (ou spots) qui se recouvrent (les sources sont prépositionnées car on connaît à l'avance les positions respectives des spots à générer). Dans ce cas, l'invention permet de replacer un ou plusieurs spots en offrant de surcroît des sources plus directives, comme illustré sur la figure 4. Plus précisément, dans l'exemple de la figure 4, les cercles en pointillés Z1 à Z4 matérialisent quatre sources jointives, tandis que les cercles en trait plein Z'1 à Z'4 matérialisent les positions finales des zones (ou spots) couvertes par lesdites sources après traitement (les spots correspondant aux sources sans traitement sont des cercles concentriques aux cercles en pointillés Z1 à Z4 et de diamètres équivalant à ceux des cercles en trait plein Z'1 à Z'4, et les flèches matérialisent les déplacements d2 à d4 des centres des zones Z2 à Z4). Cet exemple correspond notamment au cas des satellites qui utilisent quatre sources de 1 ,74° en bande S (2500 MHz). Dans ce cas, l'invention permet de remplacer soit une antenne de 9 mètres équipée d'au moins douze sources et d'un BFN (pour « Beam Forming Network » (ou réseau de formation de faisceau) - dispositif permettant d'appliquer des lois d'amplitude et de phase sur toutes les sources pour générer quatre spots ; on se sert donc de trois à quatre sources pour générer chaque spot et certaines sources peuvent être utilisées plusieurs fois), soit trois antennes de 5 mètres équipées de quatre sources, par une antenne de cinq mètres équipée de quatre sources très directives. Il en résulte une amélioration du gain, une optimisation du roll-off et une réduction notable de l'encombrement.
Ce mode de réalisation correspond également aux situations requérant la couverture de zones adjacentes avec recouvrement. Une telle situation correspond notamment aux satellites utilisant quatre antennes dont l'une assure une couverture à l'aide de spots de types Ku et Ka. De tels satellites assurent généralement la couverture de neuf zones en bande Ka et de quatre zones en bande Ku. La bande Ku correspond, en réception, sensiblement à l'intervalle [13,7 GHz, 15,6 GHz] et, en émission, sensiblement à l'intervalle [10,7 GHz, 12,8 GHz]. La bande Ka correspond, en réception, sensiblement à l'intervalle [27,5 GHz, 30 GHz] et, en émission, sensiblement à l'intervalle [18,2 GHz, 20,2 GHz]. Dans ce cas, l'invention permet d'utiliser des sources Ka et Ku très directives, et par conséquent d'améliorer notablement le gain et le rapport C/l, d'optimiser fortement le roll-off et de diminuer notablement la consommation de puissance.
Ce mode de réalisation correspond également aux situations requérant une déviation dynamique d'un faisceau (également appelée « déplacement de théâtre »). Cette situation peut survenir lorsque l'on utilise un faisceau présentant une dispersion angulaire comprise entre environ 1 ,6° et 3,2° permettant de couvrir une zone de 1000 à 2000 kilomètres. C'est notamment le cas pendant certains événements tels que les Jeux Olympiques. L'invention permet ici de repositionner à volonté un faisceau de façon électronique et rapidement, sans avoir à déplacer mécaniquement le satellite, comme c'est le cas actuellement, ce qui réduit la consommation d'énergie et améliore notablement la précision du positionnement et sa vitesse.
Une variante de ce mode de réalisation utilisant une unique cavité résonnante, en permanence active, peut consister, comme illustré sur la figure 5, à utiliser sur chaque voie d'émission et/ou de réception i (ou source Si) un module de traitement MT comprenant un coupleur CP implanté sur la ligne principale LP et couplé à au moins deux cavités résonnantes CR1 , CR2 commandées chacune par une diode PIN DP1 , DP2 et présentant entre elles des couplages électromagnétiques choisis de manière à faire varier l'amplitude ainsi qu'éventuellement la phase. Le couplage électromagnétique entre les cavités CR1 et CR2, via le coupleur CP, permet d'exciter un ou deux modes d'ordre supérieur au mode fondamental du signal de télécommunication à émettre, délivré par le module d'émission et/ou de réception R, ce qui induit une déviation du lobe principal d'émission du cornet C, et par conséquent du faisceau à émettre ou de la direction de réception. Plus précisément, l'amplitude p de la déviation est fixée par le couplage entre les cavités résonnantes, tandis que la variation de la valeur de la phase φ est fixée par la position des cavités résonnantes.
Le nombre de déviations possibles est ici fixé par le nombre de combinaisons d'activation possibles des différentes cavités résonnantes CR, via les diodes PIN de commande DP associées, lequel dépend bien évidemment du nombre de cavités résonnantes utilisées (par exemple quatre ou huit). Le module de traitement MT peut être réalisé d'une seconde façon, comme illustré sur la figure 6. Cette seconde façon consiste à implanter sur la ligne principale LP d'une voie d'émission et/ou de réception (ou source S), d'une part, un premier coupleur CP1 , couplé à une première extrémité d'une ligne auxiliaire LA comprenant un atténuateur d'amplitude AA et un déphaseur DP, et d'autre part, un second coupleur CP2 (en aval du premier coupleur CP1), couplé à une seconde extrémité de la ligne auxiliaire LA.
Dans ce mode de réalisation, et dans le cas non limitatif de l'émission, le premier coupleur CP1 est agencé pour prélever sur la ligne principale LP une partie du signal de télécommunication à émettre sous forme de faisceau, de manière à l'injecter dans la ligne auxiliaire LA où elle fait l'objet d'une variation d'amplitude au niveau de l'atténuateur d'amplitude AA, ainsi qu'éventuellement d'une variation de phase au niveau du déphaseur DP, avant d'être réinjectée dans la ligne principale LP grâce au second coupleur CP2.
Le second coupleur CP2 est agencé de manière à générer à l'entrée du cornet C un ou deux modes (par exemple TM01 et TE21 qui permettent de générer des diagrammes de rayonnement antisymétriques avec une absence de signal dans l'axe) d'ordre supérieur au mode fondamental du signal de télécommunication à émettre, délivré par le module d'émission R, qui induit la déviation du faisceau. En d'autres termes, l'injection d'un ou deux modes d'ordre supérieur à l'entrée du cornet C entraîne une déviation de son lobe principal d'émission. Cela s'applique également à la réception en vertu du théorème de réciprocité qui s'applique lorsque les éléments sont de type passif.
L'atténuateur d'amplitude AA et/ou le déphaseur DP peuvent être de type variable, lorsque cela s'avère nécessaire.
Par exemple, en faisant varier l'amplitude d'une valeur fixe, au niveau de l'atténuateur AA, et la phase par pas ΔΦ de 90°, au niveau du déphaseur DP, on peut dévier un faisceau suivant quatre directions. D'une manière générale, en faisant varier l'amplitude d'une valeur fixe et la phase par pas ΔΦ de 360 N, on peut dévier un faisceau suivant N directions. Dans ces situations, le module de traitement TM est donc configuré pour faire varier l'amplitude selon une loi d'amplitude choisie et/ou la phase selon une loi de phase choisie.
Bien entendu, on peut envisager un mode de réalisation dans lequel le déphaseur DP est omis. Dans ce cas, la déviation résulte exclusivement d'une variation d'amplitude.
Ce mode de réalisation, tout comme celui présenté précédemment en référence à la figure 5, est particulièrement bien adapté, bien que de façon non limitative, à la couverture multi-zones par saut de zone (ou beam hopping) qui est illustrée sur les figures 7 et 8.
Comme indiqué dans l'introduction une couverture multi-zones (ou multi-spots) par beam hopping consiste à former une « grappe » ou « mosaïque » G de zones de couverture (ou spots) Z adjacentes, qui, préférentiellement, se recouvrent partiellement.
Chaque grappe G est subdivisée en cellules Cel comportant un même nombre j de zones Zj. Dans l'exemple illustré sur les figures 7 et 8, chaque cellule Cel est constituée, à titre illustratif, de quatre (j = 1 à 4) zones Zj. Le beam hopping consiste à ne rendre active, à chaque instant, qu'une seule zone Zj de chaque cellule Cel d'une grappe G. Par conséquent, les zones Zj d'une même cellule Cel sont actives (ou couvertes) les unes après les autres, de façon périodique et préférentiellement pendant des durées identiques égales à la jième partie <5T de la période, sous le contrôle du module de contrôle MC. Sur la figure 7, les zones actives ZA d'une grappe G sont matérialisées en noir, tandis que les zones inactives Zl sont matérialisées en blanc.
Ainsi, on peut allouer toute la bande de fréquence disponible sur une partie (active) de l'ensemble des zones pendant une période donnée. Cette situation correspond, notamment, aux satellites qui définissent à chaque instant une centaine de zones actives ZA dans la bande Ka et de dispersion (ou extension) angulaire d'environ 0,36°.
Grâce à l'invention, une même source Si permet désormais de couvrir les quatre (ou N) zones Zj d'une même cellule Cel en utilisant le principe de déviation de faisceau décrit précédemment. Par exemple, dans le cas illustré sur la figure 8, le cornet Ci de la source Si (ou voie d'émission et/ou de réception i) est agencé pour délivrer un faisceau non traité (ou non dévié) dont le centre est matérialisé par le petit cercle noir Fnd, et le module de traitement MTi, associé à cette source Si, est agencé de manière à dévier le faisceau selon quatre directions différentes qui définissent (ici) les quatre zones Z1 à Z4 d'une cellule Cel.
Dans cet exemple, la première zone (ou spot) Z1 correspond à un faisceau dévié selon une première direction définie par une amplitude A0 et une phase Φ0, la deuxième zone Z2 correspond à un faisceau dévié selon une deuxième direction définie par une amplitude A0 3 et une phase Φ0 + 90°, la troisième zone Z3 correspond à un faisceau dévié selon une troisième direction définie par une amplitude A0 et une phase Φ0 + 180°, et la quatrième zone Z4 correspond à un faisceau dévié selon une quatrième direction définie par une amplitude AO β et une phase Φ0 + 270°. Par ailleurs, si l'on assimile l'extension angulaire 0 du faisceau émis (ou reçu) par le cornet C au diamètre d'une zone Zj, alors l'amplitude de déviation p\ du centre du faisceau correspondant à la première zone Z1 par rapport à la direction de référence définie par le centre du faisceau non dévié Fnd, est sensiblement égale à 30/4, et l'amplitude de déviation p2 du centre du faisceau correspondant à la deuxième zone Z2 par rapport à la direction de référence, est sensiblement égale à θ- lA.
Le module de traitement MTi d'une voie d'émission et/ou de réception i (ou source Si) est donc agencé pour « commuter » le faisceau délivré par (ou la direction de réception du faisceau reçu par) son cornet Ci d'une zone à l'autre. Par exemple dans le cas d'une émission, pendant le premier quart de la période le faisceau est dévié selon la première direction, de sorte que seule la première zone Z1 de la cellule Ci est couverte (ou active). Cette situation correspond à la partie supérieure droite de la figure 7 (T0). Pendant le deuxième quart de la période le faisceau est dévié selon la deuxième direction, de sorte que seule la deuxième zone Z2 de la cellule Ci est couverte (ou active). Cette situation correspond à la partie inférieure droite de la figure 7 (T0 + 61). Pendant le troisième quart de la période le faisceau est dévié selon la troisième direction, de sorte que seule la troisième zone Z3 de la cellule Ci est couverte (ou active). Cette situation correspond à la partie inférieure gauche de la figure 7 (T0 + 2<5T). Enfin, pendant le quatrième quart de la période le faisceau est dévié selon la quatrième direction, de sorte que seule la quatrième zone Z4 de la cellule Ci est couverte (ou active). Cette situation correspond à la partie supérieure gauche de la figure 7 (T0 + 3<5T). Une fois la période écoulée, le cycle reprend au niveau de la première zone Z1 et ainsi de suite.
Le module de contrôle MC de l'antenne d'émission A est agencé de manière à faire fonctionner selon une loi spatio-temporelle les modules de traitement MTi de chaque voie d'émission i (ou source Si). Plus préférentiellement, le module de contrôle MC pilote les modules de traitement MTi de sorte qu'ils fonctionnent de façon synchrone, simultanée et périodique, et que pendant chaque fraction de période δT une même zone Zj de chaque cellule Cel soit activée (ou couverte).
L'invention permet donc d'utiliser j fois moins (j = 2, 3, 4,...) de sources Ka que dans l'art antérieur, ce qui permet de réduire notablement l'encombrement du satellite (par exemple une seule antenne d'émission au lieu s de quatre). De plus, ces sources peuvent être très directives ce qui permet d'obtenir un rendement d'illumination très optimisé. En outre, cela permet d'optimiser au mieux le gain GEOC en bord de couverture (ou EOC pour « Edge Of Coverage »). Enfin, la commutation de type beam hopping s'effectuant au sein d'une même antenne, les pertes dues aux guides de liaison sont fortement 0 réduites.
Cela s'applique également à la réception en vertu du théorème de réciprocité qui s'applique lorsque les éléments sont de type passif.
On se réfère maintenant aux figures 9A à 9C pour décrire un exemple de réalisation et de fonctionnement d'un second coupleur CP2 pouvant être 5 utilisé sur une voie d'émission et/ou de réception du type de celles illustrées sur les figures 1 et 6.
Dans ce mode de réalisation, le second coupleur CP2 est préférentiellement un coupleur dit « d'écartométrie » (ou « extracteur de mode(s) »), agencé pour prélever sur la ligne principale LP, en sortie du cornet 0 de réception C, le(s) mode(s) qui est (sont) poursuivi(s) pour l'injecter dans la première ligne auxiliaire LA. Le coupleur d'écartométrie CP2 est conçu de manière à définir un plan de court-circuit pour le(s) mode(s) de poursuite qui va le(s) contraindre à rejoindre la première ligne auxiliaire LA (le mode de propagation standard (ou fondamental), d'ordre le plus bas, ainsi que les autres 5 modes non poursuivis poursuivent donc leur trajet au sein de la ligne principale LP).
Par exemple, le coupleur d'écartométrie CP2 est agencé de manière à extraire et ou à générer les modes TM01 et TE21 de la ligne principale LP pour les injecter dans la première ligne auxiliaire LA. o Cette extraction et/ou cette génération de mode(s) peut s'effectuer de différentes façons. Cependant, il est avantageux qu'elle se fasse par l'intermédiaire d'une ou plusieurs rangées de fentes de couplages, comme illustré sur les figures 9A à 9C. L'élément d'émission et ou de réception est ici de type monobloc. Il comprend une partie amont définissant un cornet C et une partie aval prolongeant la partie amont et définissant un coupleur d'écartométrie CP2. En fait, la partie aval CP2 est ici constituée, d'une première part, d'un guide d'ondes central LP, de section circulaire, définissant la ligne principale dans laquelle sont extraits et/ou générés les modes poursuivis, d'une deuxième part, de quatre guides d'ondes périphériques LAa à LAd, de section rectangulaire, définissant quatre portions de la première ligne auxiliaire, et d'une troisième part, quatre rangées de fentes de couplage FEa à FEd, de préférence de forme rectangulaire, assurant le couplage entre le guide d'ondes central LP et les quatre guides d'ondes périphériques LAa à LAd.
Bien entendu, d'autres types de fentes de couplage peuvent être utilisés, comme par exemple des fentes de forme circulaire, ou elliptique, ou encore en croix, et analogues. Dans ce mode de réalisation, les modes d'ordres supérieurs poursuivis sont donc extraits et/ou générés du guide d'ondes principal LP par les fentes de couplage FEa à FEd puis injectés dans les guides d'ondes périphériques LAa à LAd.
Bien entendu, le nombre de rangées de fentes, et par conséquent le nombre de guides d'ondes périphériques, du mode de réalisation illustré sur les figures 9A à 9C, ne sont pas limités à 4. Ce nombre peut prendre n'importe quelle valeur supérieure ou égale à un (1). Il est important de noter que le nombre de rangées ne correspond pas au nombre de modes extraits et/ou générés. On peut en effet utiliser quatre rangées de fentes pour extraire et/ou générer un unique mode supérieur. Par ailleurs, le nombre de rangées sert également à répartir l'extraction et/ou la génération des modes supérieurs sans perturber la voie principale de télécommunication. C'est pourquoi on utilise généralement des rangées de fentes de couplage à symétrie de révolution, par exemple quatre rangées à 90° ou huit rangées à 45°, etc.. En outre, on a décrit un couplage par fente, mais on peut également envisager un couplage par sonde lorsque la première ligne auxiliaire est de type coaxial.
D'une manière générale, il est préférable d'extraire au plus deux modes d'ordres supérieurs. On n'utilise qu'un seul mode d'ordre supérieur (généralement TM01 ) lorsque la polarisation de l'onde incidente, ou transmise, est circulaire. Connaissant les valeurs de l'amplitude et de la phase, un seul mode suffit alors pour déterminer à chaque fois les paramètres p et φ décrits précédemment en référence à la figure 2. En d'autres termes, dans le cas d'une polarisation circulaire, en n'utilisant qu'un seul mode on peut dévier le faisceau en émission (ou la direction de réception) dans n'importe quelle direction de l'espace dans les limites de largeur du lobe principal à 3 dB (θ3dβ)-
En revanche, on utilise deux modes d'ordres supérieurs (généralement les couples (TM01 et TE21) ou (TE21 et TE21 orthogonaux)) lorsque la polarisation de l'onde incidente ou transmise est linéaire. Connaissant les valeurs de l'amplitude et de la phase de ces deux modes on peut en effet déterminer à chaque fois les paramètres p et φ décrits précédemment en référence à la figure 2. En d'autres termes, dans le cas d'une polarisation linéaire, en utilisant deux modes orthogonaux, on peut dévier le faisceau en émission (ou la direction de réception) dans n'importe quelle direction de l'espace dans les limites de largeur du lobe principal à 3 dB (θ3d-.)-
Il est également important de noter que dans ce dernier mode de réalisation le couplage ne peut pas être modifié de façon dynamique du fait qu'un extracteur de modes est une pièce mécanique taillée dans la masse. Par conséquent, une fois que l'on a choisi la polarisation de l'onde, il ne reste plus qu'à déterminer si l'on va extraire un ou deux modes d'ordres supérieurs, puis on conçoit en conséquence l'extracteur de mode(s).
L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation de satellite de télécommunications décrits ci-avant, seulement à titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après.

Claims

REVENDICATIONS
1. Satellite de télécommunications à couverture multi-zones, comportant au moins une antenne d'émission et/ou de réception (A) comprenant au moins s une source d'émission et/ou de réception (Si) propre à délivrer et/ou recevoir un faisceau selon une direction choisie définie par une phase de valeur choisie et une amplitude de valeur choisie, caractérisé en ce que l'une au moins des sources d'émission et/ou de réception (Si) est couplée à des moyens de traitement (MTi) agencés pour dévier son faisceau ou sa direction de réception 0 selon au moins une autre direction choisie par variation d'au moins la valeur de ladite amplitude.
2. Satellite selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement (MTi) sont agencés pour dévier ledit faisceau ou ladite direction de réception selon plusieurs autres directions choisies en fonction 5 d'une loi de variation de la valeur de ladite amplitude.
3. Satellite selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, ladite source d'émission et/ou de réception (Si) comprenant une ligne principale (LPi) raccordant un module d'alimentation (Ri) à un module d'émission et/ou de réception (Ci), lesdits moyens de traitement (MTi) 0 comprennent un premier coupleur (CP1i) implanté sur ladite ligne principale (LPi) et couplé à une première extrémité d'une ligne auxiliaire (LAi) comprenant des moyens de variation d'amplitude (AAi), et un second coupleur (CP2i) implanté sur ladite ligne principale (LPi) entre ledit premier coupleur (CP1i) et ledit module d'émission et/ou de réception (Ci) et raccordé à une seconde 5 extrémité de ladite ligne auxiliaire (LAi).
4. Satellite selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit second coupleur (CP2) est agencé sous la forme d'un coupleur d'écartométrie.
5. Satellite selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit coupleur d'écartométrie (CP2) est un extracteur de mode(s). 0
6. Satellite selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit extracteur de mode(s) (CP2) comprend un guide d'onde circulaire couplé à au moins un guide d'ondes rectangulaire via une rangée de fentes.
7. Satellite selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdites fentes présentent une forme choisie dans un groupe comprenant au moins les rectangles, les ellipses et les croix.
8. Satellite selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, ladite source d'émission et/ou de réception (Si) comprenant une ligne principale (LPi) raccordant un module d'alimentation (Ri) à un module d'émission et/ou de réception (Ci), lesdits moyens de traitement (MTi) comprennent un coupleur (CPi) implanté sur ladite ligne d'émission et/ou de réception (LPi) et couplé à au moins une cavité résonnante (CRi) définissant ladite amplitude.
9. Satellite selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement (MTi) comprennent au moins deux cavités résonnantes (CR1 , CR2) commandées chacune par une diode PIN (DP1 , DP2) et présentant entre elles des couplages électromagnétiques choisis définissant ladite amplitude.
10. Satellite selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement (MTi) sont agencés pour dévier ledit faisceau ou ladite direction de réception selon l'une au moins desdites autres directions choisies par variation de la valeur de ladite amplitude et de la valeur de ladite phase.
11. Satellite selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement (MTi) sont agencés pour dévier ledit faisceau ou ladite direction de réception selon lesdites autres directions choisies en fonction d'une loi de variation de la valeur de ladite amplitude et d'une loi de variation de la valeur de ladite phase.
12. Satellite selon l'une des revendications 3 à 11 , caractérisé en ce que ladite ligne auxiliaire (LAi) comprend des moyens de variation de phase (DPi).
13. Satellite selon l'une des revendications 11 et 12 en combinaison avec la revendication 8, caractérisé en ce que ledit coupleur (CPi) est couplé à au moins trois cavités résonnantes (CR) commandées chacune par une diode PIN (DP) et présentant entre elles des couplages électromagnétiques choisis définissant ladite amplitude et dont les positions respectives par rapport audit coupleur (CPi) définissent ladite phase.
14. Satellite selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que ladite antenne d'émission et/ou de réception (A) comprend une multiplicité de sources d'émission et/ou de réception (Si) propres à délivrer et/ou recevoir chacune un faisceau selon une direction choisie, et des premiers moyens de contrôle (MC) agencés pour contrôler les premiers moyens de traitement (MTi), couplés auxdites sources d'émission et/ou de réception (Si), en fonction d'un schéma spatio-temporel choisi.
15. Satellite selon la revendication 14, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement (MTi) de chaque source d'émission et/ou de réception (Si) sont agencés pour dévier un faisceau ou ladite direction de réception de façon cyclique selon N directions différentes correspondant à N zones de couverture (Z1 , Z2, Z3, Z4), chaque faisceau étant dévié suivant l'une desdites N directions pendant une durée choisie égale au Nième de la durée du cycle.
16. Satellite selon la revendication 15, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens de contrôle (MTi) sont agencés pour ordonner auxdits moyens de traitement (MTi) de fonctionner simultanément et selon des cycles de durées égales, de manière à assurer une couverture multi-zones par sauts de zone.
17. Utilisation du satellite selon l'une des revendications précédentes dans les bandes de fréquence de type Ku et/ou Ka.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102832444A (zh) * 2011-06-17 2012-12-19 云南银河之星科技有限公司 一种平面四环圆极化天线
US8665036B1 (en) 2011-06-30 2014-03-04 L-3 Communications Compact tracking coupler
WO2014132257A1 (fr) * 2013-02-28 2014-09-04 Mobile Sat Ltd. Antenne pour la réception et/ou l'émission de signaux de communication polarisés

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3267472A (en) * 1960-07-20 1966-08-16 Litton Systems Inc Variable aperture antenna system
US3750175A (en) * 1967-12-14 1973-07-31 Texas Instruments Inc Modular electronics communication system
US3806932A (en) * 1972-06-15 1974-04-23 Nat Aeronautic And Space Admin Amplitude steered array
US4283795A (en) * 1979-10-03 1981-08-11 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Adaptive cross-polarization interference cancellation arrangements
DE3336452A1 (de) * 1983-10-06 1985-05-02 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Einrichtung zur verhinderung einer strahlungskeulenauslenkung bei einer fuer zirkularpolarisation vorgesehenen antenne mit einem gekruemmten reflektor und einem seitlich einstrahlenden primaerstrahler
CA1260609A (fr) * 1986-09-12 1989-09-26 Her Majesty The Queen, In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of National Defence Systeme d'alimentation multiband a large bande passante avec diversite de polarisation
US5619503A (en) * 1994-01-11 1997-04-08 Ericsson Inc. Cellular/satellite communications system with improved frequency re-use
DE69530810T2 (de) * 1994-03-21 2004-04-01 Hughes Electronics Corp., El Segundo Vereinfachte Nachführantenne
US5563609A (en) * 1994-05-16 1996-10-08 Hughes Electronics Antenna system with plural beam sequential offset
JP2787906B2 (ja) * 1995-10-14 1998-08-20 日本電気株式会社 高次モード結合器
US6307507B1 (en) * 2000-03-07 2001-10-23 Motorola, Inc. System and method for multi-mode operation of satellite phased-array antenna
US6366256B1 (en) * 2000-09-20 2002-04-02 Hughes Electronics Corporation Multi-beam reflector antenna system with a simple beamforming network

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