ANTENNA FOR ORBITING SATELLITE

ANTENNE POUR SATELLITE A DEFILEMENT

Abrégé français

Antenne pour la retransmission au sol d'images collectées par des instruments
de prise de vue d'un satellite à défilement, caractérisée en ce qu'elle
comporte une pluralité d'antennes élémentaires de rayonnement (1) du type
présentant une pluralité de brins répartis régulièrement en hélice autour
d'une même génératrice de révolution ainsi que des moyens d'alimentation équi-
amplitude des différents brins, en ce que ces différentes antennes
élémentaires sont alignées et en ce que le plan dans lequel ces différentes
antennes élémentaires sont réparties est destiné, lorsque le satellite est en
orbite, à être perpendiculaire à la direction du vecteur vitesse du satellite
et en ce qu'elle comporte également des moyens (2) de déphasage de
l'alimentation de ces différentes antennes élémentaires qui sont aptes à
réaliser un dépointage électronique du faisceau allongé généré par lesdites
antennes élémentaires.

Abrégé anglais

The invention concerns an antenna for re-transmitting to the ground images produced by an orbiting satellite imaging instruments, characterised in that it comprises a plurality of elementary radiating antennae (1) with a plurality of cords regularly distributed in helix about a common rotation generator and means for supplying the various cords with power of equal amplitude The invention is characterised in that these various elementary antennae are aligned and the plane wherein these various elementary antennae are distributed is designed, when the satellite is in orbit, to be perpendicular to the direction of the satellite speed vector and the antenna also comprises means (2) for shifting the phase of the power supply to these various elementary antennae which are capable of electronically defocusing the elongated beam generated by said elementary antennae.

Revendications

1. Système comportant un satellite à défilement
et une antenne pour la retransmission au sol d'images
collectées par des instruments de prise de vue dudit
satellite, caractérisé en ce que ladite antenne comporte
une pluralité d'antennes élémentaires de rayonnement (1)
du type présentant une pluralité de brins répartis
régulièrement en hélice autour d'une même génératrice de
révolution ainsi que des moyens d'alimentation
équi-amplitude des différents brins, en ce que les axes des
différentes antennes élémentaires sont parallèles et
sont alignés dans un même plan dans lequel ils sont
espacés régulièrement, en ce que le plan dans lequel ces
différentes antennes élémentaires sont réparties est
destiné, lorsque le satellite est en orbite, à être
perpendiculaire à la direction du vecteur vitesse du
satellite et en ce que l'antenne comporte également des
moyens (2) de déphasage de l'alimentation de ces
différentes antennes élémentaires qui sont aptes à
réaliser un dépointage électronique du faisceau allongé
généré par lesdites antennes élémentaires.
2. Système selon la revendication 1, caractérisé
en ce que le nombre d'éléments rayonnants élémentaires
(1) est égal ou supérieur à cinq.
3. Système selon l'une des revendications
précédentes, caractérisé en ce que les éléments
rayonnants élémentaires (1) sont décalés les uns par
rapport aux autres avec un pas choisi de façon à éviter
les lobes de réseaux.
4. Système selon la revendication 3, caractérisé
en ce que, pour une fréquence d'émission de 8000 MHz, le
pas entre deux éléments rayonnants élémentaires est de
l'ordre de 19 mm.
5. Système selon l'une des revendications
précédentes, caractérisé en ce que les moyens de
déphasage sont codés sur trois à huit bits.

6. Système selon l'une des revendications
précédentes, caractérisé en ce que les moyens de
déphasage (2) sont du type à ferrite.
7. Système caractérisé en ce que l'antenne
comporte plusieurs antennes en ligne selon l'une des
revendications précédentes et des moyens de commutation
permettant de basculer d'une antenne en ligne à une
autre en fonction des mouvements du satellite, et
notamment de ses mouvements de roulis.
8. Système selon l'une des revendications 1 à 6,
caractérisé en ce que l'antenne comporte des moyens de
motorisation qui permettent de modifier l'orientation de
la (ou des) ligne(s) d'éléments rayonnants élémentaires
pour compenser les mouvements potentiels du satellite,
notamment ses mouvements de roulis.

Description

CA 02284872 1999-09-10
WO 98/42042 PCT/FR98/00535
ANTENNE POUR SATELLITE A DEFILEMENT
La présente invention est relative aux antennes
pour satellites à défilement.
A ce jour, les antennes utilisées par les
satellites à défilement sont soit des antennes de type
omnidirectionnel (SPOT, ERS, etc) soit de type directif
pointable (LANDSAT, etc).
Dans ce dernier cas, le faisceau est gaussien et
lU le balayage est réalisé à l'aide d'un mécanisme de
pointage, l'antenne se comportant quant à elle comme un
réflecteur parabolique centrê de conception classique.
Un but de l'invention est de proposer une
antenne pour satellite à défilement qui ne nécessite
15 aucun mécanisme de pointage, qui présente un gain
supérieur aux antennes omnidirectionnelles et qui est
peu encombrante et d'un faible coût.
A cet effet, l'invention propose une antenne
pour la retransmission au sol d'images collectées par
2U des instruments de prise de vue d'un satellite à
défilement, caractérisée en ce qu'elle comporte une
pluralitë d'antennes élémentaires de rayonnement du type
présentant une pluralité de brins rëpartis régulièrement
en hélice autour d'une même génératrice de révolution
25 ainsi que des moyens d'alimentation équi-amplitude des
différents brins, en ce que ces différentes antennes
êlémentaires sont alignées et en ce que le plan dans
lequel ces différentes antennes êlémentaires sont
réparties est destiné, lorsque le satellite est en
30 orbite, à être perpendiculaire à la direction du vecteur
vitesse du satellite et en ce qu'elle comporte des
moyens de déphasage de 7.' alimentation de ces différentes
antennes élémentaires qui sont aptes à réaliser un
dépointage électronique du faisceau allongé généré par
_~5 lesdites antennes élémentaires.
On notera qu'avec une telle répartition
d'antennes élémentaires à diagramme formé, le faisceau

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d'émission réalisé est un faisceau de type elliptique
("fan beans" selon la terminologie anglo-saxonne) qui
s'étend dans une direction parallèle à celle du vecteur
vitesse du satellite.
Le dépointage de ce faisceau sur une longitude
donnée permet d'atteindre, pendant tout le temps de
passage d'un satellite, une station se trouvant à cette
longitude, et ce sans avoir besoin de modifier ce
dépointage au fur et â mesure que le satellite avance.
lo On comprend qu'une telle structure d'antenne ne
nécessite pas une électronique compliquée et permet des
hauts débits de transmission.
Cette antenne est avantageusement complétée par
les différentes caractêristiques suivantes prises seules
IS ou selon toutes leurs combinaisons possibles .
- le nombre d'élêments rayonnants élémentaires
est égal ou supérieur à cinq ;
- les éléments rayonnants élémentaires sont
décalés les uns par rapport aux autres avec un pas
20 choisi de façon à éviter les lobes de réseaux ;
- pour une fréquence d'émission à 8000 MHz, le
pas entre deux antennes élémentaires est de l'ordre de
19 mm ;
- les moyens de déphasage sont codés sur 3 à 8-
25 bits ;
- les moyens de déphasage sont du type à
ferrite.
D'autres caractéristiques et avantages de
l'invention ressortiront encore de la description qui
_~0 suit. Cette description est purement illustrative et non
limitative. Elle doit être lue en regard des dessins
annexés sur lesquels .
- la figure 1 est une représentation schématique
illustrant une antenne conforme â un mode de réalisation.
35 de l'invention ;

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- la figure 2 est un graphe sur lequel on a
porté le diagramme d'un élément rayonnant élémentaire de
l'antenne de la figure 1 ;
- les figures 3 à 6 illustrent différents
diagrammes de couvertures obtenus avec l'antenne de la
figure 1.
L'antenne illustrée sur la figure 1 comporte une
pluralité d'éléments rayonnants élémentaires rëférencés
par 1.
to Ces ëléments rayonnants élémentaires 1
comportent chacun une pluralité de brins hélicoïdaux
répartis régulièrement autour d'une même génératrice de
révolution. La gênératrice est par exemple conique ou
cylindrique. Ces brins sont alimentés de façon équi-
amplitude.
Par exemple, ces brins sont au nombre de quatre
et définissent quatre hélices identiques, décalées de
n/2 les unes par rapport aux autres. Ces quatre brins
sont avantageusement alimentés en quadrature de phase.
20 Le diagramme angulaire de rayonnement d'un tel
élément rayonnant élémentaire est du type de celui
illustré sur la figure 2.
Ce diagramme correspond au diagramme obtenu pour
une hauteur axiale d'élément rayonnant de 0,050 m, un
2~ rayon de base de 0,018 m, ainsi qu'une fréquence
d'émission de 8000 MHz. I1 est rapporté à une sphère de
mesure de 10 m de diamètre.
On notera que les éléments rayonnants
élémentaires à plusieurs brins en hélice présentent,
30 comme on le verra plus loin, l'avantage de présenter
plus de gains à 50° qu'à 0° et donc de permettre de
compenser les pertes de dépointage.
Les éléments rayonnants êlémentaires 1 sont
répartis en ligne dans un plan perpendiculaire à la
3~ direction du vecteur vitesse.
Ils sont disposés de façon que leurs axes soient
parallèles, dans un même plan et espacês régulièrement.

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Le pas entre lesdits éléments rayonnants 1 est par
exemple de 19 mm pour une fréquence d'émission de 8000
MHz, ce qui permet de ne pas avoir de lobes de réseau.
De façon plus générale, le pas d du réseau est
tel que
d<~,/ (1+sin6)
où ~, est la longueur d'onde du rayonnement, et A le
dépointage maximal souhaité.
Les éléments rayonnants 1 sont alimentés via des
t0 déphaseurs 2 de type à ferrite et des coupleurs 3, par
un répartiteur de puissance 6 (en l'occurrence 1:5), qui
est par exemple de type guide d'onde.
Les déphaseurs 2 sont commandés par une unité 4,
qui est le calculateur de bord du satellite, à laquelle
IS ils sont reliés par une électronique de commande 5.
L'utilisation des déphaseurs de type à ferrite
présente l'avantage de permettre de conserver toujours
le même dépointage. La consommation de l'électronique de
commande est alors limitée.
2U Les déphasages imposés aux différents éléments
rayonnants 1 permettent de réaliser les dépointages
souhaités, et ce jusqu'à + 62°.
Le choix pour les éléments rayonnants 1 d'une
structure â hélice permet de disposer d'un gain à 50°
25 supérieur de 2 dB au gain présenté à 0° (hors terme de
compensation de différence d'atténuation d'espace -62°
lever satellite par rapport au zénith) et donc de
compenser naturellement les pertes de dêpointage.
Le nombre optimal d'élément rayonnant
3U élémentaire variera de cinq à douze en fonction des
besoins de la mission.
Les déphaseurs 2 présentent par exemple des pas
de quantification de 22,5° et sont codés sur 4 bits.
Les faisceaux générés par une telle antenne sont
35 elliptiques (grand axe des ellipses parallèle à la trace
du satellite).

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On a illustrê sur la figure 3 la couverture
obtenue avec l'antenne qui vient d'être décrite, dans Ie
cas d'un déphasage nul entre les différents éléments
rayonnants 1.
I1 n'y a alors pas de dpointage et la
directivit maximale de l'antenne est de 11,55 dB.
Sur la figure 4, on a reprsent la couverture
obtenue dans
le cas de dphasages
respectivement
d'un
lment rayonnant
d'extrmit 1
l'autre de
90, 45,
IU 0, - 45 e t -90.
Le diagramme est alors dpoint de + 18. La
directivit est 11,52 dB.
Sur la figure 5, on a illustr la couverture
obtenue dans
le cas d'un
dphasage respectivement
de
1~ 180, 90, 0, - 90, -180.
Le dpointage est alors de 32, la directivit
de 11,49 dB .
Sur la figure 6, enfin, on a reprsent la
couverture obtenue respectivement pour des dphasages de
2U 270, 135, 0, - 135 et -270.
Le dpointage obtenu est de 48, la directivit
maximale de 11,45 dB.
Sur ces diffrentes figures 3 6, les cercles
reprsents en traits pointills correspondent aux
2~ cercles de visibilit respectivement 60 et + 65.
On note que, d'un diagramme l~autre, la
directivit maximale n'volue que trs peu (11,54 dB
11,45dB).
La directivit obtenue 65 est suprieure 9-
dB, soit un
gain suprieur
7,5 dB si
l'on considre
des pertes de 0,5 dB sur les rpartiteurs, de 0,5 dB
pour les dphaseurs, de 0,25 dB au niveau de la
connectique et de 0,25 dB au niveau de l'alimentation.
L'a ntenne dpointage qui vient d'tre dcrite
3~ permet des dbits de retransmission au sol importants et
permet des retransmissions d'images Haute rsolution.

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La commutation du faisceau s'effectue
préférentiellement avant passage, de façon à éviter les
problèmes de saut de phase sur la couverture générée.
Dans le cas où le diagramme antenne ne compense
pas l'atténuation d'espace, on peut envisager des
changements de vitesse de transmission pour utiliser au
mieux les gains de l'antenne dans les zones proches du
passage au zénith.
L'antenne à dépointage qui vient d'être décrite
IU présente l'avantage d'être d'un faible coût et surtout
d'un faible encombrement. L'encombrement de la partie
rayonnante est de 90mm en longueur, de 5 mm en largeur
et de 50 mm en hauteur.
Avantageusement encore, l'antenne comporte
plusieurs antennes en ligne du type qui vient d'être
décrit et des moyens de commutation permettant de
basculer d'une antenne en ligne à une autre en fonction
des mouvements du satellite, et notamment de ses
mouvements de roulis.
2U En variante, l'antenne comporte des mayens de
motorisation qui permettent de modifier l'orientation de
la (ou des) lignes) d'éléments rayonnants élêmentaires
pour compenser les mouvements potentiels du satellite,
notamment ses mouvements de roulis.

Dessin représentatif