Etude d'antennes mono-réflecteur à très large champ de vision : Conception de nouvelles antennes à zones de Fresnel et à réflecteur conformé
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Abstract EN:
The recent augmentation of geostationary satellites for few years has created a fresh interest in reflector antennas with a very large angle of view, considering that they are able to generate multibeams and to receive signals simultaneously from satellites located at different angular positions. Single reflectro antennas used to today for such applications have a common shape (paraboloidal or toroidal ) and are not optimized for a reception of high quality on a very large angular coverage. In this context, it has seemed necessary to research new concepts to improve scanning performance of single reflector antennas. In this work, an extensive study of aberrations results in a new formulation of stigmatism and aplanetism conditions. New equations are obtained and are very useful to build new foundations in designing three-dimensional Fresnel zoned reflector. The physical Theory of Diffraction is used to analyse their scanning properties. A scan angle of 60 degrees is achieved with an aperture efficiency approaching 75 % and with balanced sidelobes (no coma lobe). Finally, tyhe bandwith is improved with the dielectric rod antenna which cancels chromatic aberration. By another way, reflector antennas with continuous surface are shaped with a generalized synthesis method which takes into account all the parameters of the antenna (surface generating points, orientation and location of the feeds). The method suggests to use a genetic algorithm to avoid local solutions. An offset reflector have been designed for multiple DBS reception : its radiation patterns are in accordance with CAMR (or ETSI) specifications and it is possible to cover 50 ° of the geostationnary orbit with a beam discrimination of three degrees. This angular resolution is obtained by a reduction of the feed diameter and then, an improvement of its aperture efficiency
Abstract FR:
L'augmentation croissante des satellites géostationnaires depuis quelques années a provoqué un regain d'intérêt pour les réflecteurs à grand angle de vision capables de générer des faisceaux multiples et de recevoir simultanément des signaux diffusés depuis des satellites situés sur des positions orbitales différentes. Les antennes mono-réflecteur utiliséés aujourd'hui en France pour de telles applications sont de formes géométriques simples( parabolique ou torique) et ne sont pas optimisées pour une réception de bonne qualité sur une très large couverture angulaire. A l'étranger, des réflecteurs conformés ont également été développés mais les dimensions des sources primaires associées sont rédhibitoires. Dans ce contexte, il est apparu nécessaire de rechercher de nouveaux concepts pour améliorer les performances de balayage des antennes à réflecteur. Une étude approfondie des aberrations permet de reformuler les conditions de stigmatisme et d'aplaténisme et d'aboutir à de nouvelles équations de surface. Grâce au caractère analytique de ces équations, une méthode de conception de réflecteurs à zones de Fresnel est proposée et leurs performances radioéléctriques sont démontrées par une modélisation électromagnétique basée sur la Théorie Physique de la diffraction (TPD). Une couverture d'une soixantaine de degrés est ateinte avec un rendement compris entre 55 % et 75 % et des lobes secondaires équilibrés (absence de lobe de coma). La bande passante en fréquence est améliorée à l'aide d'une antenne cierge en diélectrique qui permet de compenser l'aberration chromatique du réflecteur. Parallèlement, des réflecteurs à surface continue et à montage excentré sont conformés en utilisant des techniques de synthèse généralisées qui prennent en compte l'ensemble des paramètres définissant l'antenne (points générateurs de la surface et du contour du réflecteur, position et orientation des sources primaires). La méthode d'optimisation repose sur un algorithme génétique qui permet de considérer un très grand nombre de variables tout en minimisant le risque d'atteindre une solution correspondant à un extremum local. Des réflecteurs destinés à la reception multiple et simultanée de satellites de télédiffusion sont ainsi conçus en conformité avec les normes CAMR 1983 afin de couvrir une cinquantaine de degrés sur l'orbite géostationnaire avec une séparation angulaire de 3°entre chaque faisceau. Les antennes obtenues ont l'avantage d'être très compactes (Focale/Diamètre= 1) grâce notamment à une réduction substantielle des dimensions des sources primaires.