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WO 2004/100306 PCT/FR2004/001043
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SATELLITE A 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 A) et donc très directives. Cela permet d'obtenir des
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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 A 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/I
(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
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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 A 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
so bord de couverture (GEOC) 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 mufti-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.
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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/I,
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
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implantés sur ladite ligne auxiliaire. De même, dans la variante de
réalisation à
cavité(s) résonnante(s), J'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
5 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 Nz=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 (imitative, dans le cas d'une émission et/ou d'une réception
de faisceaux dans les bandes de fréquence de type Ku et/ou Ka .
Un aspect de l'invention concerne un satellite de
télécommunications à couverture multi-zones, comportant au moins une
antenne agencée pour au moins l'une d'émission et de reception, le
satellite comprenant:
au moins une source agencée pour au moins l'une d'émission et de
réception propre à au moins l'un de délivrer et recevoir un faisceau selon
une direction choisie définie par une phase de valeur choisie et une
amplitude de valeur choisie, dans lequel l'une au moins des sources
agencée pour au moins l'une d'émission et de réception comporte des
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5a
moyens de traitement agencés pour dévier son faisceau ou sa direction
de réception selon au moins une autre direction choisie par variation d'au
moins la valeur de ladite amplitude, dans lequel ladite source agencée
pour au moins l'une d'émission et de réception comprend une ligne
principale raccordant un module d'alimentation à un module agencé pour
au moins l'une d'émission et de reception, et lesdits moyens de traitement
comprennent un premier coupleur implanté sur ladite 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 ladite
ligne principale entre ledit premier coupleur et ledit module agencé pour
au moins l'une d'émission et de réception et raccordé à une seconde
extrémité de ladite ligne auxiliaire.
Un autre aspect de l'invention concerne un satellite de
télécommunications à couverture multi-zones, comportant au moins une
antenne agencée pour au moins l'une d'émission et de reception, le
satellite comprenant:
au moins une source agencée pour au moins l'une d'émission et de
réception propre à au moins l'un de délivrer et recevoir un faisceau selon
une direction choisie définie par une phase de valeur choisie et une
amplitude de valeur choisie, dans lequel l'une au moins des sources
agencée pour au moins l'une d'émission et de réception comporte des
moyens de traitement agencés pour dévier son faisceau ou sa direction
de réception selon au moins une autre direction choisie par variation d'au
moins la valeur de ladite amplitude, dans lequel ladite source agencée
pour au moins l'une d'émission et de réception comprend une ligne
principale raccordant un module d'alimentation à un module agencé pour
au moins l'une d'émission et de reception, et lesdits moyens de traitement
comprennent un coupleur implanté sur ladite ligne principale et couplé à
au moins une cavité résonnante définissant ladite amplitude.
Un autre aspect de l'invention concerne un satellite de
télécommunications à couverture multi-zones, comportant au moins une
antenne agencée pour au moins l'une d'émission et de reception, le
satellite comprenant:
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5b
au moins une source agencée pour au moins l'une d'émission et de
réception propre à au moins l'un de délivrer et recevoir un faisceau selon
une direction choisie définie par une phase de valeur choisie et une
amplitude de valeur choisie, dans lequel l'une au moins des sources
agencée pour au moins l'une d'émission et de réception comporte des
moyens de traitement agencés pour dévier son faisceau ou sa direction
de réception selon au moins une autre direction choisie par variation d'au
moins la valeur de ladite amplitude, dans lequel ladite antenne agencée
pour au moins l'une d'émission et de réception comprend une multiplicité
de sources agencée pour au moins l'une d'émission et de réception
propres à au moins l'un de délivrer et recevoir chacune un faisceau selon
une direction choisie, et des premiers moyens de contrôle agencés pour
contrôler les premiers moyens de traitement, couplés auxdites sources
agencée pour au moins l'une d'émission et de réception, en fonction d'un
schéma spatio-temporel choisi.
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
un mode de réalisation de l'invention,
- la figure 2 illustre de façon schématique le mécanisme de déviation de
faisceau en émission ou de déviation de direction de réception,
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- la figure 3 illustre schématiquement un premier mode de réalisation d'une
voie d'émission et/ou de réception d'une antenne d'émïssion et/ou de
réception d'un satellite selon l'invention,
- la figure 4 illustre schématiquement un exemple de couverture multi-zones
s 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
3o dans sa mise en oeuvre 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.
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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 S1-Sn 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 S1-
Sn
comprend un module d'émission et/ou réception R1-Rn, 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 C1-Cn, comme par exemple un cornet, couplé au
module
d'émission et/ou de réception R1-Rn par une ligne principale LP1-LPn, comme
par
exemple un guide d'ondes, équipée d'un module de traitement MT1-MTn.
Ce module de traitement MT1-MTn est chargé de dévier le faisceau (ou la
direction de réception), que droit émettre (et/ou recevoir) le cornet C1-Cn
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 S1-Sn), laquelle est définie par une amplitude A et par
une
phase (P.
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 (P. 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 C1-Cn d'une antenne d'émission et/ou
de
réception avec une dispersion angulaire 6, 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 Cl -Cri avec la même dispersion angulaire O.
Comme on peut le constater, en faisant varier l'amplitude, ainsi
3o qû'éventuel lement la phase, d'un faisceau à émettre ou à recevoir, il est
possible de.choisir le plan dans lequel ledit faisceau doit être dévié.
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s
La déviation maximale est limitée à la valeur de B, qui correspond à la
largeur du lobe à 3 dB.
Pour réaliser cette déviation, le module de traitement MT1-MTn 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 MT
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 signai 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
1s 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 adppté 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 pré-
positionnées 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
3o sans traitement sont des cercles concentriques aux cercles en pointillés
ZI à Z4 et de diamètres équivalant à ceux des cercles en trait plein Z1 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
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satellites qui utilisent quatre sources de 1,74 en bande S (2500 MHz). Dans
ce
cas, l'iaventio.n 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
s 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
lo 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.
15 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,
20 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/I, d'optimiser fortement le
roll-off
et de diminuer notablement la consommation de puissance.
Ce mode de réalisation correspond également aux situations
25 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
30 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
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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 S1-
Sn) un
s module de traitement MT comprenant un coupleur CP implanté sur la ligne
principale LP et couplé à au moins deux cavités résonnantes CRI, 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
lo cavités CRI 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 cp 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
CPI), 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 CPI 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,
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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 TMO1 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
lo 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 AO de 900, 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
Ac
de 360 /N, on peut dévier un faisceau suivant N directions. Dans ces
situations, le module de traitement MT 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
3o 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,
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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
s 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 dT de la période, sous le contrôle du module de contrôle MC.
1o Sur la figure 7, les zones actives ZA d'une grappe G sont matérialisées en
noir,
tandis que les zones inactives ZI 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
15 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 S1-Sn 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.
20 Par exemple, dans le cas illustré sur la figure 8, le cornet C1-Cn de la
source Si -Sn (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 MT1-MTn associé à cette source S1-
Sn, est
agencé de manière à dévier le faisceau selon quatre directions différentes qui
a5 définissent (ici) les quatre zones Z1 à Z4 d'une cellule Cel.
Dans cet exemple, là première zone (ou spot) Z1 correspond à un
faisceau dévié selon une première direction définie par une amplitude AO et
une phase 40, la deuxième zone Z2 correspond à un faisceau dévié selon
une deuxième direction définie par une amplitude AO./ 3 et une phase (P0 +
3o 90 , la troisième zone Z3 correspond à un faisceau dévié selon une
troisième
direction définie par une amplitude AO et une phase tp0 + 180 , et la
quatrième zone Z4 correspond à un faisceau dévié selon une quatrième
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direction définie par une amplitude AO/,/3 et une phase (PO + 270 . Par
ailleurs,
si l'on assimile l'extension angulaire O du faisceau émis (ou reçu) par le
cornet
C au diamètre d'une zone Zj, alors l'amplitude de déviation p1 du centre du
faisceau correspondant à la première zone Z1 par rapport à la direction de
s 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 0-/3/4.
Le module de traitement MT1-MTn d'une voie d'émission et/ou de réception i
I. o (ou source S1-Sn) est donc agencé pour commuter le faisceau délivré
par (ou la
direction de réception du faisceau reçu par) son cornet C1-Cn 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 C1-Cn est couverte (ou active). Cette situation
15 correspond à la partie supérieure droite de la figure 7 (TO). 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 C1-Cn est couverte (ou
active). Cette situation correspond à la partie inférieure droite de la figure
7 (TO
+ OT). Pendant le troisième quart de la période le faisceau est dévié selon la
20 troisième direction, de sorte que seule la troisième zone Z3 de la cellule
C1-Cn est
couverte (ou active). Cette situation correspond à la partie inférieure gauche
de
la figure 7 (TO + 26T). 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 C1-Cn est couverte (ou active). Cette situation
correspond à la
25 partie supérieure gauche de la figure 7 (TO + 36T). 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-MTn de chaque voie d'émission i (ou source S1-Sn). Plus
3o préférentiellement, le module de contrôle MC pilote les modules de
traitement
MT1-MTn de sorte qu'ils fonctionnent de façon synchrone, simultanée et
périodique,
et que pendant chaque fraction de période 6T une même zone Zj de chaque
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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
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
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
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
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
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.
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.
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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
5 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
10 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.
15 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 900 ou huit rangées à 450, 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.
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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 f 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 (e3dB).
En revanche, on utilise deux modes d'ordres supérieurs (généralement
io 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 4 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 (03dB).
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.
