CA2480588C - Antenne reseau reflecteur reconfigurable a faibles pertes - Google Patents
Antenne reseau reflecteur reconfigurable a faibles pertes Download PDFInfo
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Abstract
Une antenne réseau réflecteur (A) est subdivisée en sous-réseaux (SR) indépendants comportant chacun i) au moins deux éléments rayonnants (ER) chargés de collecteur des signaux délivrés par une source (S) et présentant au moins une première polarisation choisie et d'émettre des signaux déphasés présentant au moins une seconde polarisation choisie, orthogonale à la première, ii) des moyens de combinaison (MC) chargés de sommer les signaux collectés en fonction d'une première loi de phase choisie de sorte qu'ils correspondent à une direction choisie de pointage de la source (DPS), iii) des moyens de contrôle de phase (MCP) chargés d'appliquer un déphasage choisi auxdits signaux sommés, et iv) des moyens de distribution (MD) chargés de distribuer les signaux déphasés entre les éléments rayonnants (ER), en fonction d'une seconde loi de phase choisie de sorte qu'ils les rayonnent dans une direction de pointage d'une zone choisie (DPA).
Description
ANTENNE RÉSEAU RÉFLECTEUR RECONFIGURABLE A FAIBLES
PERTES
L'invention concerne le domaine des antennes réseau, et plus particulièrement les antennes réseau réflecteur.
Les antennes réseau se répartissent généralement en deux grandes familles, celle des antennes réseau à commande de phase (ou PAA pour Phase Array Antenna ) et celle des antennes réseau réflecteur (ou RAA
pour Reflect Array Antenna ).
Afin de permettre le passage d'une zone de couverture (ou spot ) à une autre, les antennes réseau doivent être reconfigurables.
Dans le cas des antennes réseau à commande de phase, la reconfigurabilité peut être obtenue a l'aide d'une subdivision du réseau en sous-réseaux associés chacun à un dispositif de contrôle de phase actif.
La reconfigurabilité de l'antenne ne dépend alors que d'une contrainte, à
savoir les dimensions de chaque sous-réseau, lesquelles dépendent de celles de la zone de couverture vers laquelle l'antenne doit pointer.
Dans le cas des antennes réseau réflecteur, il est indispensable que les éléments rayonnants interceptent avec des pertes minimales les.ondes comportant les signaux à transmettre, qui sont délivrées par une source.
Or, l'angle d'incidence sous lequel les éléments rayonnants reçoivent les ondes varie en fonction de leurs positons par rapport a la source. Il peut ainsi varier pour certains réseaux entre 0 et 50 . Une telle variation angulaire rend particulièrement difficile à la fois la réception avec un gain élevé, des ondes provenant de la source, et la transmission (ou l'émission) avec un gain élevé, des ondes reçues, sur l'ensemble de la zone de couverture pointée.
Les antennes réseau réflecteur utilisent donc communément des éléments rayonnants peu directifs, de dimension typique comprise entre 0,6 A et 0,7 A, ou A représente la longueur d'onde de fonctionnement. La reconfigurabilité du diagramme d'antenne avec une telle antenne nécessite donc d'équiper chaque élément rayonnant d'une dispositif de contrôle de
PERTES
L'invention concerne le domaine des antennes réseau, et plus particulièrement les antennes réseau réflecteur.
Les antennes réseau se répartissent généralement en deux grandes familles, celle des antennes réseau à commande de phase (ou PAA pour Phase Array Antenna ) et celle des antennes réseau réflecteur (ou RAA
pour Reflect Array Antenna ).
Afin de permettre le passage d'une zone de couverture (ou spot ) à une autre, les antennes réseau doivent être reconfigurables.
Dans le cas des antennes réseau à commande de phase, la reconfigurabilité peut être obtenue a l'aide d'une subdivision du réseau en sous-réseaux associés chacun à un dispositif de contrôle de phase actif.
La reconfigurabilité de l'antenne ne dépend alors que d'une contrainte, à
savoir les dimensions de chaque sous-réseau, lesquelles dépendent de celles de la zone de couverture vers laquelle l'antenne doit pointer.
Dans le cas des antennes réseau réflecteur, il est indispensable que les éléments rayonnants interceptent avec des pertes minimales les.ondes comportant les signaux à transmettre, qui sont délivrées par une source.
Or, l'angle d'incidence sous lequel les éléments rayonnants reçoivent les ondes varie en fonction de leurs positons par rapport a la source. Il peut ainsi varier pour certains réseaux entre 0 et 50 . Une telle variation angulaire rend particulièrement difficile à la fois la réception avec un gain élevé, des ondes provenant de la source, et la transmission (ou l'émission) avec un gain élevé, des ondes reçues, sur l'ensemble de la zone de couverture pointée.
Les antennes réseau réflecteur utilisent donc communément des éléments rayonnants peu directifs, de dimension typique comprise entre 0,6 A et 0,7 A, ou A représente la longueur d'onde de fonctionnement. La reconfigurabilité du diagramme d'antenne avec une telle antenne nécessite donc d'équiper chaque élément rayonnant d'une dispositif de contrôle de
2 phrase. Main, une telle solution peut conduire à des cotas prohibitifs.
L'invention -a donc. pour but.d'ar ëliorer.la situation dans le cas des antennes 'naseau réflecteur.
Elle propose à cet effet une anténne réseau réflecteur subdivisée en sous- ressaux id opera. ente camportar t chacun - au. moins,d.eux éléments rayonnants chargés, d'une part, de collecter des signaux délivres par une source et -présentant au moins une première.
poiarisator choisie, et d'autre part, d'étui ttre des ~sigr aux déph: s s.
présentant au rioirns une seconde polarisation choisie, orthogonale e là
io première;
= des. moyens de combinaison chargés de sommer les signaux collectés en fonction d'ur e pr..em.iere1loi.'de phase choisie afin qu'ils .corrr spondent à une direction choisie de pointage de la source, - des moyens de contrôle de phase chargés d'appliquer un. déphasage:
dhotsi'aux:signaux soma es, et - des, moyens -de distribution charges de distribuer les signaux déphasés ntne lis étérnefl s rayôhnànts,, en.-fcnctioh e'urte s idonde idi de phJçe choisie, de sorte qu'ails les=rayorinertt_,dans une direction.de pc~intege .d'une zozo: chdïslë.
20 S.eloil une autre caractéristique. de l'invention, les moVêns~dià contrôle de, phase et.ies moyens: de di:stributivn de. i'ar;terne :sort coi figurà:blës dé.
serte que :sa direct on de pointagepuisse varier.
Chaque sous-réseau peut comporter d'Autres caractéristiques qui prieront être prises s parement oit en comb narso ,et nbtan niei t<
s ses moy ns. de contrôle de phase peuvent être des dephaseurs éomportant des lignes ,à retard de cartiguratsorts d ffrentes et au; moins un commutas ur,. comme Air exemple un syste n sleetrarnecanique micronique de' kype ME .
ses moyens de combinaison et ses moyens de. distribution peuvent. être distincts do sorte rare tes sous~roseaiax soient de type non réciproque, paris ce cas les moyens de cgrnbinaisori, peuvent comprendre une ligie: de '3 transmission présentant des ramifications., couples aux élèments rayonnants de manière à collecter en parallèle les SiQnaux qui présentent la première polarisation, et conformées de manières définir la première loi. de phase. En variante les moyens do combinaison.
s peuvent comprendre une ligne de transniission constituée de partions de lunes; raccordant les éléments rayonnants les uns aux autres de manière à collecter en série les signaux présentant là première polarisation,_ et conformées. de manière: à définir la première Ici dé
phase, ïo les. moyens:: e distribution peuvent- comprendre une ligne do transmission présentant des rarnificatiôn's; couplées aux êlèn ents:
rayonnants de ,rnanlère à.distribuer en parallèle les signaux:déphasés, èt c orlforrnêes de n et'ière à définir la seconde loi de p.hase.:En., warrante, les moyens. de disiribution peuvent- comprendre une ligne de tra~ismtssion constrt tëz de ;portions de lignes, raccordant: les éléments rayonnants., lès uns- aux autres de manière à distribuer en. série les.
siginaux.déphases, et: conforrnees de man are à définir la. seco:nda ici de p. lisse;
dhaquo,soirs~=réseau peut être clé type planaire, 2 hàqué, so.ùs-r seau. peut afro' de .type :linasire, ses éléments rayonnants :étant alignés: suivant une direction: choisie,, ils: peuvent: étre insta les :en parallèle.de.manière à constituer- une bande d'au moins deux sous-réseaux.. Bien entendu, l"antenne peul comporter plusieurs band.,,paralieies entre elles, - ses etArpents;ayt~t riants auvent être a enté: de mmnière à collecter dés:
signaux présentant les première et seconde polarisations choisies. Dans ce cas...
il peut corrprendredes premiers moyens de sélebtiorl. rie polarisatran;
intercalés. ente les èlé:ments.rayontnants et les moyens déeornbinaisàn, s ; et des seconds moyens de sélection de polarisation, intercales entre les moyens de distribution et, les éléments rayonnants. Les premier et sêcônd: moyansde: sélection :de polarisation =sont élors: chargés de seiectlc ber sur ordre rune des prerni re et sc onde polarisations afin qûë ".Pàntèinrte pta sse 'fonctientïer ~seton deux modes* de opte leation diffa rents~
en =vadarite, les éléments rayonnants. comportent:.dos moyens d+e sé'ection de polarisation .gtiàrg6s de sele;ctioririer sûr ordre f ne. des premiéte et secônde pôtansàtiens, àfih qùe.i'antenné puis e fOrldfiài1rier .selon deux-:modes..depolarisation différents, chaque.: ligne de transmissfion peut . être . rêalkséee. dans -une teQhnôtc gié
t ôis1e parmi àu:: rt birrs leè téchrfül ies microiïjban, copl miro :ët t+iplaque,.
.~ .ses: éléments.. rayanrlants; peuvent:: être: :cQMp1is aux moyens .de combinaison:: et aux fnoyeni -de distribution par contact direct. En variante, les ëlérrients ~â rvrnnï n p avent étr i uplës dé:.fai ari él tramagniétique :eux l=-io com.b1 so et:aix mo eryensde s:de:distrbuton, -ses élérnenxs rayonnants.. #egven# être para -exemple :des: :structures mylfiçpirçl7 s q: A vers rsdiaf fs ~tès-lesôri` tmiër raar;: tpf nfes-du purs des= r:.ésonateurs diéIectr qu s,.
:des....moyens d'àrripliftdi tir rt:cb rgës, d'âr iliëi': iss on es $ôrni é~s~:âvi ti qu eùes. ent emises:e ô'u-une fois collect es Un aspect de , l'invention concerne l'antenne réseau réflecteur (A), caractérisée en ce qu'elle est subdivisée en sous-réseaux (SR) indépendants comportant chacun :
- au moins deux éléments rayonnants (ER) agencés, d'une part, pour collecter des signaux délivrés par une source (S) et présentant au moins une première polarisation choisie, et d'autre part, pour émettre des signaux déphasés présentant au moins une seconde polarisation choisie, orthogonale à la première, - des moyens de combinaison (MC) agencés pour sommer lesdits signaux collectés en fonction d'une première loi de phase choisie de sorte qu'ils correspondent à une direction choisie de pointage de la source (DPS), - des moyens de contrôle de phase (MCP) agencés pour appliquer un déphasage choisi aux signaux sommés, et 4a - des moyens de distribution (MD) agencés pour distribuer lesdits signaux déphasés entre lesdits éléments rayonnants, en fonction d'une seconde loi de phase choisie de sorte que lesdits éléments rayonnants (ER) de chaque sous-réseau (SR) les rayonnent dans une direction de pointage d'une zone choisie (DPA) - et en ce que lesdits moyen de combinaison (MC) lesdits moyens de distribution (MD) sont distincts de sorte que lesdits sous-réseaux (SR) soient de type non réciproque.
-D'aEitres :caractéristiques. et avantages :de :l'inventïon -appam tront..à
lo -Téxar 'eii _I.à dësçr{p gi détàitlee :~cl-après, :et des:.a$s5l :
ànnexés.. sur resquèls:
la- urge I sf n me de principe d'tln. sot s é eeu; d une antenne , i ssau.xé#1é ièUi= s IQfi.N~nveiiii . n;:
.t :fl ùre 9 li.stre de faç n schématique tin ::exen pie de 'reg tsat on d'u n sous-reseâU.:nett r:Tpé d I R{{,.
- .{à itgur 3 _ Bistre dàns:u :~!üë en: ü :.transveMa e ~ ne a t nhe r së;3û
rflëctgirr s~lor~ {`rtvërallbrt:cbrripfflai:e:sois-xseaux:c~on réirciqus.:
:d.+ë t pe:planaire,.
- :I gare 4 lüstri de fiaçen sGh r i i ürt. rérraier ëxèmple dé rëalisétigri .d`un=sous seau,non réciproque. de:type.l{nèeire, = {â figure i{I.Ustce de f.a eç' h i ifüé iin,.dé~t è.mO exèrnplë dë
:r'éét sâiiiiri i#'ùrrsdû r së i nôri: écïprogt é:dë'tYp {inéaire les figures 5A et 6BB illustrent: de façon schématique deux parties .d'un troisiëme exemple de rèallsation d'un sous-réseau non 'réciproque de type linéaire, la figure 7 illustre de façon schématique un quatrième exemple: de réalisation d'un soue-réseau non réciproque detype linéaire, la figure 8 illustre d :façoii schématique un çinquiiramo. exemple do réalisafiion d'uÃn sous-ré.seaû.non réo prc~gve de type liriéàir'e, adapté à
une d+oufle pd:larisatiori, la figure 9 illustre de façon schématique un sixième.oxornplo..dc réalisation a a d'un sc s-roseau non réciproque de type Iin ire., adapté à une, double polarisation, la figure. t0. illustre de façon: 'schématique un septième exemple de .réalisation d'un sous-réseau `rit7rl récipt que de type linéaire,: adapté à
une duble.:prlarisàtion,.
~s - la* figure 11 illustre de façon SCl émoulue. tn exemple de haine de sous-réseaux non réciproques; de type: li.néaire, la figure 12 illustre de façon scherriatique rai exemple de combinaison de bandes de soue-réseau :non r çipr ques de type planage, - le figui- 13 illustre do; façon .schématique un exemple .de realisàtio.n d`un o élément rayonnant comportant des fentes:asymétrigùes;
la figure 14: illustre .de. façon schr rriatiyue .Un c xerttple de réalisation d'un element rayonnant comportant des fentes syméÃriques, et Ir figure. 15' est une variante de> la figure 7' comportant des moyens d'nbifiçatidn'de ignaux.
2 Les dessus àOn xés pourro.Mt: rios seulement servir à Gf?[7il7ieter l'invention, mais -aussi contribuer`è sa-définition, l'è cas échéant.
On:se réfère tout::d :abord: à la ft9ure I pour prèscnte r:I invontion.
Une: antenne: réseau réflecteur A co pren tout d'ahdrd urgé source S, délivrant sous un angle solide choisi dedirecti`.on principale DPS, appelée direction: de pointage,. de la source, des ondes -comprorïant :des signaux à
transmettre.. L'antenne A :comprend également plusieurs.. sous-réseaux SR
char jes de régi pt,onre avec' un gain élevé, lès ondes dè1ivrées par la.
source S, et de les transmettre suivant. un angle solide çiioisl :. de direction principale: DPA, appelée. direction de pointage de l'antenne, afin de couvrir une zone choisie avec un gain .eleve.
Selon l'invention, .les sous-réseaux SR sont indépendants les. uns des s autres et cor portent chacun, tout d'abord, au moins deux éléme ts rayonnants Mi (ici = 1-8`4, errais il peut prendre rti'irr porte quelle valeur supérieure ou égale à .deùx), ''arg s d'âne part, de collecter les signaux délivrés par le source :S qui 'leur paMer vent sous. la; forme d`Andes ~çt q~ri présentent au :moins Une .première polarisation choisie PI, et d'autre part, =o d'ëmettre- des signaux. déphasés présentant au rnoins une seconde polarisation choisie P2,, orthogonale à: la pre'rniére. Chaque élément rayonnant ERI délivre.lés signaux qu`y a: collectés -sur: ùne sortie 0 à. laqueilé il est couple.
Chaque: sous-réseau: SR comporte également des :moyens. de I5 combinaison `alimentés en ;signaux collectés par les différentes; sorties 0-..et ollarges ëie lés sommer éti fôhction d'ùh.e premiere Ici. de ph age ëh' isre afro qu`i}e correspondent a ta direction elici:lsie de pointage de ia sAr rée DPS.
Chaque 'sous`-réseau SR comporte en outre des: moyens de contrôle de :phase MGR clin t ratés. :-eh signaux Sï manies par: leS moyeIi do 20 combinaison MG:t chargés de, leur. appliquer un déphasage choisi..
afin, chaque;. sous-réseas R comp rte des moyen e. de disirlf ution.
MD alimentés par les moyens de contrôle de phase MCP en signaux..somm:és et déplia és.et;ehar és ile les disÃribù ë r: les. éléments rayonnantsER.i;.
via: des entrees: 1, :en fondtiun d'une seconde Ici de phase choisie de sorte 2S qu'ils les rayonnent dons là direction de pointage de l'antenne ' DPA avec la seconde::pailerisaticn PC:
Les sous resea Ste scrnl preférentiéllsin ent de typ non réciproque.
Dans un sous réseau non: rociproque Sl les moyens de combinaison MC et tes moyens de distibufion,MD:sôni distincts. lis constituent ainsl.déux circuits 30 d'ailm-entatlon :distincts;
En raison de "ces deux circû:its d'atirnentation distincts, if est possible dei. traiter scparérnerjt la réception et la: transmission et. par: çonsëquent d'ok tenir un gain élévé tant: n réçeppikn qu en transrrrissir n.: (ou émission):, dès; lors qûe: le pas du réseau est su.ffisamrrient petit `(typiquement .O ,a il â a;.r A). Los dimensions du sous-réseau SR. sont alors choisies en far dtion' de l'ângle.de balaya.g.e maxirmmal nécessaire â la transmission suivant la direction de pointage d'antenne DPA, à l'image d'une antenne à réseau à commande s de phase: active.
Un sous=réseau SR de type non réciproque peut se présentêr :soit sous une fione planaire; soit sons une fonite linéaire.
On entend ici= par :.sous éseau planaire un sous-réseau SR du.
type de celui illustré sur la figure 2. Dans untel :sous réseau AR, las éléments io rayonnants ER! (içi i= 1 à 4) sont disposes :élans un plan;. par exemple aux quatre . coins d'un parallélépipède rectangle. Dans l'exemple illùstré, chaque élément rayonnant ERi délivre sur sa sortie O des signaux présentant une:
première polârïsatiori Pi verticale., et est agencé peur émettre des signaux.
sommés: présentant une:seconde polarisation P2 horizontale, 1:5 Chaque sortie 4 constitue l'extrëmfé d'une. ramification RI d'une:
p.remiére ligné de transmission LTI raccordée a l'er+trée des moyens trie contrôle +de: phssa.MCP et:qui:cor+;~titue. le& moyens:. de combinaison M.G.
Les conf guraiiç ns:d la ligne de transmission LT1 et do ses ramifications F 1 sv.rit choisies de. r . arrière a .t~mpenser les ëç:àrts èrttro I che vins s.uivrs par les:
c; ondes entra la source S et les. différents éléments rayonnants ERi.
cionfomiemant à. la prerniere loi de phase associée à la .directiç n rie pointage de la:. source DPS pour le : sous-réseau SR . concerne.Cette compensation constitue ce hué l'art a appelé précédemment 1a combinaison oes signaux >
ici, tous les éléments ieyortnants ERi alimentant les moy n de combinaison ;MC en: parallé:le: Mais, .on peut envisager une variante dans:
laquelle': l'alimentation s'efffectue et!: série; Dans ce cas, la ligne de transmission .LT1 est oonstituee de portions de lignes gui raccordent lès élém.ents.::rayonnants ERI les uns aux autres..
Par ailleurs, chaque er trèe l constitue. l'.extrénmité dune ramification:
o R2 d'une seconde ligne de . transmission LT2 raccordée< à la sortie -des moyens de contrâle.:de phase MCP et:c ui c0nstitue:ies rr yens de distribution.
MD:. ;Le déphasage appliqué per. los...rmc yens .clé. contr.8le do: phase MGP
et les:
configui ria s de la lige de transmission f~T2 et de ses rom ficat ons R2 sont choisis côntorrriément à la. seconde (bi. de phase. associée la direction de pointage de; l'antênne'DPA.
Ici., les Moyens de distribution MD alimentent les élëments..rayonnan. ts.
E.Ri en parallèle. Mais, on peut envisager une variante dans laquelle l'alimentation s'effectue en sërie. Dans: ce cas,, la ligne de transmission LT2.
est constituée de prenons ddc gnes qui raccordent les el+ ments rayonnants ERi le's:,urns' aux antres.
Il'est;irnportant de :noter.qu'au sein d'une ar tennt A, la pÃ~eniére loi.
de phase appliquée par les.. moyens de combinaison MC peut -varier don Eous-réseau à l'autre du fait de leurs positions respectives par rapport a la source S.:
Les lignes de transmission LT1 ét LT2 et leurs ramifications R1' et R2 sont 'preferentiellernent. realisees. -en technologie microruban (ou . micrestr.ip= ).. Mais, danse des variantes, les lignes:: de- transmission LTI :et LT2 et leurs ramifications R1 et R2 peuvent ëtre réalisées én techrtolegie:
trip)aque::vu caplnalr Par ailleurs, comme cela est mieux illustre ria figure 3, du. fait des croisements entre les lignes de trallsrrrissic~h LTI let LT2, les moyens de combinaison M (LT1 et R1) et les t oy ris de d stribut on h!(G?: (LT2 et.> 2) =0 sent prefe'rentie(lertsent r li s sir d s niveaux. distincts de la strudture U
sous-réseau SR,: Dans cet exemple, les :. lignes: de trar~srnis'stbi .:sont oupl+ es directement (par contact): aux .cléments .rayonnants ERi Mais, n peut envisager une variante .dans : laquelle le. couplage s'effctue per l' ntei mediaire dfentes. Dans ce cas, los: moyens de combinaison MC' ot les moyens: de 2s : distribution MD peuvent être jnstai(r s sûr deux niveaux différente de la face arrière, On. va maintenant décrire des -exemples ~de . réalisatton de.: sous-.
resd~ux np`n reçipC~?quas linài~-~s selar~:' I`iC1Vir11tiora:;
tin entend ici par sous-reseau:lineaire un sous-réseau SR du type 30 dea celui. illustre. sur la figure 4, du SU r l' ùne.:dé ses variantes iIiUStmessur les figures 5: â. 10: et 15.
Dans un sous-re eau SR non r=ec pr0ci e, les :elements rayonnants ERi sont disposés les uns à 1 a .suite des autres su!*varrt urne directioln .c hoirie OX. Cette:. disposition est particulièrement bien adaptée, bien que de -façon non exolUsive,. a.i x anternne s radar à ouverture synthétique- ou SAR (pour cz Synthetic Aperture Radar*). . Par-ailleurs, les moyens de combinaison MC et les moyens qe dist':ribution MD ne se crei$ernt pas, contrairenieit-taux sous-s réseaux; planaires dans lesquels les moyens ide., combinaison M.Q. et tes royens de distribution MD se croisent du fait qu'ils sont formés a des:
niveaux différents.
Dans le môde de realisation de la figure 4, chaque élément rayonnant ERi: r<ici ii =:1 à 4) délivre (sur sa sortie O.) des signaux présentant ià.première i o pôlarisetion PI horizontale.,: ét est agencé pour émettre des sig faux sommée pr sentalnt ..une. seconde pviar~sstirari P2. verïicàle.. Les éiernerrts rayoririarrts ERI du sous--resçau SR alimentent en parallèle en signaux ,de polarisation PI
les moyens de cor binaison MC qui les.: combinent séton .1a e iIre loi de phase pour alimenter l'ontrée des moyens de contrôle de phase :MCP.. Les 1 moyen s: de conitrôle de phase MCP alimentent en signaux. sommes et déphasés les moyens de distn4baiion MD qui sont, par ëxorrt le, placés au même niveau que les moyons de combinaison MC: et les t ioyens de dlsfribùticri-' l D: l nfin, .I es Moyens do.. distribution MD distribueft':en pàrallèiè
aux.. éléments rayonnants ERi les signaux: sommés et déphasés, 7 0 conforr . ériient.à la seconde: loi de:phasë:
n raison:, du h anque de place, les rrroyerts de centrale de phase MCP :sr~r~t, Installés à un niveau dii#êront,de colui où sont installés: Ies :moyen s de combinaison MC et les moyens de distribution MD. C'est la raison pour laquelie:its sont matérialises.éri pointillés, Dans. cet. e ernple` tta i airatàin, ohaquo. sartié d'un élème.h't rayonnant ERi:cVéxtrémité d ûne.: ramification Ri drane:.première; :ligne de transmission LT raccordée a l'entrée des moyens de"contri e'de phase MCP par i`interrnédiaire d'une première transition TRI, et qui constitue les moyens de combinaison. MC< Les cr rrf gurations de. la l gno de transmission 0 LTI et. de. ses: rsnifÃcations RI sont` choisies de ' man iiere à con p% les écarts entre. les chemins suivis. par .les, ondes entre. la source S et les différents éléments rayonnants Rï. conformérrren#'a. la prerrli re loi de hase :associéé:à la direction de, pointage de ta source DPS;
1.0 Chaque entrée l constitue l'extrémité d'une ramification R2 d'une seconde ligne .de trai sniissio ' LT2 reç vidée à la sortie des' moyens de contrôle de phase. MCP par l'intermédiaire d'une seconde transition TR2 et .qui. constitue .les moyens de distribution MD. Plus pieciseernent, la seconde 5: transition TR2.. est ici raccordée à le sortie des moyens de contrôle de.
'phase MCP par l'interE- édiaire dune ligne de transmission auxiliaire LT3.
Les. configurations de la ligne de. transmission auxiliaire LT3= et de :la ligne de transmission LT2 et de ses ramifications R2 sont choisies conforrnement à la seconde loi de phase associée à la direction de% pointage ~e l'entrrtë D.PA, Las lignes de transmission LTI et LT2::et leurs ramifications RI et R2 sont également préférentiellement 1balisées en technologie microruban (au microstnp) su.r lia nm'ême couche que celle comportant les pavés inférieurs radiatifs dés éléments rayonnant, ERj :,Mais, daine- des vai tantes, les Tigres de a F transrnission LT1':et LTZ et 'leurs ramifications RI et R2 peuventétre réalisées en techpôiogie tri:plaque ou coplenaire.
Les; pavés des élèMènts. rayonnants ERi :sont ici :de forme circulaire, mais lie pourraient étr>e de férmo carré.
u*' il .est sgIb1e; d`itistailer les rAcy ns de ntrôl ria r fisse ,'o MCP au. -niveau: des moyens de combinaison MC et des moyens de distribution MD, on peut p r'exemple utiliser: la ,x~nllgi.ir tionHlustrèe sur lai figure.:.5, Cette variante reprend l'initegrallte des constituants du sous-ré seau de là ftguro 4, niais di ère.:de celui-ci parle fait;. d'une part, quo les sorties t dos. elêments rayonnants ERS ët ER2 sont placées cri regard rune de.l'autre,.
tout ornme celles des élérr ents rayonnants E R.3 et R , et d'autre part que les moyens de cotitrole.de phase MCP sont places-au même niveau que les moyens de:combinaison MC. et les :moyens:de.dttstribution .ltllD;
En ràisora :de rettP cartfiguratièn,:les signdù.x delnirés par: es él"èmIénb~
30 rayonnantsERI et ER2 (respectivement E .R'3 et ER4) sur fours sorties respectives présentent ici des polarisations antiparallèles., On prévoit dons, sur la ramification RI qui relie l'element rayonnant ERI (respectivement ER3.) la ligne rie transmission LT1, ûn dépha r D charge d`âpp'liquer tan iI..
déphasage de 1300 aux signaux qu'il reçoit avant _qu'ils ne soient combinés aux signaux provenant de I`.él m nt rayonnant ER2 (respectivement ER4).
Là. variante de réalisatio,rr illustrée sur lés figures 6A et 6B permet :.:de mieux visuélisei' la séparation dés moyens. dé contrôlé de:,phàsé: MCP, d'une part, et des moyens de carrrk~in:aison me el des moyens de distrilaution MD, d'autre part, évoquée précédemment en référence à la figure 4.
lans cette variante de roalisatiol , les .moyen dé distribution MD
alimentent` en parallèle: les alémerts rayonnants ERi avec des :signaux sommés etdéphses devant être émis svec une seconde polarisation lineàire i c :verticale- P2. On peut:noter- go'ibi es entrées L des éléments rayonnants ERI
et ER2 sont placées en bas: .N dés pavés inférieurs Pl (par -rapport à la direction verticale. de la.: page), tandis qurr les bhtrrés 1 d.è élémèntE
rayonnants ER3 (et ER4 sont placées c< en haut : des pavés inférieurs PI (par rapport a. la direction verticale de la page) Par conséquent. la polansatïon des :).s signaux émis par les::.elérne.nts rayonnants: R3 et R4 est .ailtiperallèle à
cella des. s. ignaux émis:par les éléments rayonnantsERf ètER2. Cela impose donc oûe l'on déphase de 1,8O lés sigr aux provenant soit oe `ER1 e`t ER2, soit.:dé ER3 'et ER4,,:cornn,e lustré sur la ligure 5.
'Comme illustré* sur la figure 6A chaque élément rayonnant El i"est ci 20 constitué,. notamihent. d'un' pavé radi tli (du .sr potch ~a) inférieur PI,. qui se trouve :placé au niveau dé..la::coirclle cornpo ént les rn yétlçdp corhbir a.isbn MC et tes moyens de distribution MD, et d'un pavé rEdiattf :supérieur PS
(matérialisé en pointilles), qui se trouve tléce au dessus d'ut e. douche.
diélectrique; aile-méimo placéo:au dessus d.e .lé couche comportant les pavés 25 irnfeneursPl, les' moyens de combinaison MC et.iés moy ns d'e distrlbutlon..
Les moyens:: de: contrôle de phase :M.CP sont réalisés dans une.
courue .d.e la structure placée de preference à l'arrière du ;plan d masse:
(non représente), et lacouc.he cOtllporF nt les nie ierrs de combinaison MC ett:
l.es o moyens: de distribution MD voir figure: 6B). Pare ailleurs, ta structure muIticouches,est entourée de parois metalligues PM.
Dans cet exemple> de' :réalisatic~rr, chaque sertie, O 'd'-un élément rayonnsr l ERr or~stitüe e t d6 d'ui7ë rarriificatic P :d'une prernréré lig~iè
.12 de tràn&nissian LTI raccordèe à l'entrée des moyens de contrôle de phase MCP par 'l'intermédiaire d'une première: transition TR1 et qui constitua les moyens: de Combinaison MC: Les configurations de la ligne de transmission LT1` et de ses ramifications RI sont choisies :de manière à compenser. les s écarts entre les chemins suivis par les ondes entre la source S et les..
différents irlérr7ents rayonnants ERi: confonrtémarnt à la..premiëre loi de phase associée à la direction de pointage de la source DPS.
Ici, tous les ék ment$ i ayonrrants ERi alimentent tes mo reris de combinaison MC en mode pà . leie avec des signaux nr se'riterit une ~.~ première polar sation: PI Ihvrizar-talé .
Chaque entrée C constitue l'extr i ite d'une rà:mifiçation R2 d'une seconde. ligne. de. transmission LT2 raccordée .à la sortie des moyens de contrôle de phase MCP par l'intsrrr édlaire d'une seconde transition TR2: et qui constftuo les moyens de distribution. MD. Plus, précisément,, la seconde:
13 tran. sifiar : TR2 est ici raccordée e la sortie des..moye-n s dP..
ctaritrà l rie phase:
M!CP par l'intermédiaire d'une ligne de tr insrnission auxiliaire LT3 Les configurations dc: la ligrre de transtiission auxiliirè:.LT3- et de la ligne de transmission LT2 et de ses ramifications R2 sont choisies con oral en ent àla secô ide loi dë phase ass ààIëèe s ie.clir..ectIon de po'<ntage.
~u de-:l`antenne: D.P.A.
Les lignes. d;é.transmission LT1 'et LT2: et etirs, raniifidat orr R:1 et R2 sont :égaiement prefetentiellement' réalisées :en technologie micrortiban (nu.
mïcrostrip} sur la me c coucl ie::qu ,celle cc inpo t nt fes paires, iilferisùrs. l'l, NM.ais, dans dès variantes; :les. lignes: de transmission L-TI ef: LT2: et leurs ram cations RI et R2 peuvent être réalisées er technologie:: triplaquc OU
piantaire.
Dans. u.n_e variante de réalsation, les..,mo;ens de cornbirsisn lu]Ct les moyens de distribution: ~M peuvent étre lalacés â i` rriere du plan masse. Dans . ce ca's, chaque .elori-ient rayonnant ERi est:: aiimeri é $ddoue o transilibns verticales raccordées à ses: points d'excitation.. Ce mode .de realisatlo:n nécessite que l':pn libere de le place au centre pour installer, les rrnoyens de. contrôle: de phase: M P ce impose une configuration cl'exçitattor similaire à celle de la figure 5 et donc l'utilisation de déphaseur de :180 MM.
On se réfère maintenant â la figure .7 pour- décrire ;un autre rôde de réalisation de sous-réseau non réciproque linéaire selon l'invention. Cette variante reprend une gravide part7e des~ constituants du sous-réseau de la figure 4, mais diffère: de . celui-ci: par le fait que les éléments rayonnants .ERi sont couples en réception les uns aux autres en série.
Plus précisément, dans ce mode de réalisation; la sortie (0) du premier à li3rnent rayonnant.ER1 alimente une f remiëre portion Pl .de. la ligne de transmission LT1 raccordée au: déuxiéme élément rayonnant ER2, dont la i.o sdrtie. alimente une deuxième portion P2. de la Ilgna de. transmissigri:
LTI
raccordée au troisiôrno élément rayonnant ER3,. dont ia sortie alimente une troisieme portion de la .ligne de. transrr issïon LT1, et: la sortie- du quatrième élément ràVonrisnt R4 .alirrierite ici une glaatrièm.e portion P4 do l'aligne dé
transmission LT1; agencée différemment des :autres portions P1' .â:.'P3 01n dé.
perisër l'excitation antipa llels du quatrième élémen rayonnant ER4 La, ligne de transrnission::LTI alimente les. moyens. de i;orytr le de phase, MCP, qui alimentent la. ligne de: transmission LT2 dont 1.es rarnifçations sent raccordées aux en:tràes;(() oes élérnénts:rayonhénts ERI.
Ce modè dé rèalis rtarti est. parttcdii rmnt ir téi"essant lt rsqü' l zu comporte des_ :moyens de antrblo do phase: MCP réversibles ?,: car il perimet à l''antenne A dé fonctionner salon doux modes do.:.,Polàrisation..
En:
eÃfet- au lieu d'ai rneniter en sanie.-fa '.ligne.::de transmission avec des signaux d .poians taon PI horizontale :les elernents rayonnants; ERt peuvent alimenter: en parallèle I li ra ` de transrrn ssion l T2 avoc des sigr ux sommes;
et déphasés devant être émis avec une seconde polarisation P2 verticale.
Dans. tes; cas, la..ligne de transmission LT4 alirtiente en .sérié les cléments.
rayonnants 'ERi avec..des signaux dePola rlsation. Pl horizontale.
Deux variantes derealisation de .ce .dernier modo de. réalisation sont illustrées sur les .figuras 8 et 9 Ales permettent à l'antenneA de foncttot ner selon deux modes tte.poldrisatiott.difféeents, La première varia hte' de. sous-réseau SR, illustrée..sur la. figure. 8, .diffère du: sous-réseau de la figure 7 par {`utilisation. de modules de cor irriùtatt ibn M CT rom icatigns tirai la lune clé trarisr~~tssi rr ! T et si r 1a ligne:'de transmission LT2. Plus>précisement, dans la.configuration illustrée, les, modules de commutation MOT (qui sont partout douiblés, pour perméttre un fonctionnement, dans les deux sens) sont: placés dans une première position . d. permet l'application de la loi de phase associée â1a .direction de s pointage de l'antenne; DPA. On collecte alors en pdraallele les slgnàux présentant une-première polarisation verticale Pl et on distribue en série des .signaux. sommés: et déphasés, devant être émis avec une sec i.rtde polarisation horizontale: -Pl. En revanche; lorsque: tous les modules de:
commutat on...MCTsont dans une seconde position,.on-peut appliquer la lei de 1cI phase associée à ia. direction de pointage de la source DPS. Cel.s permet d'addapt'er.la polarisations a. -celle de la source S:. Les. signaux présentant une p:remièee polaranatior herizôntaié sont alors collectés en série, tandis:::roue, l'an distribue en par'-altèie des signaux sommés et déphasés =devant être: émis i vec:une seiroiide polarisation Verticale, 15 Comme on peut le voir sur. la 1 igtire 8,, les deux -voies qui retient Les entrées (du. sorties} des niodules. de ceommut itibn MCT aux ramification s.Ri ou bien a la ligne de: transmission LT2 rte présentent pas les rnérrtcs conflgOrations du Ãai qu'elles:sont a~sooiées: a des_IOis:de: ph se ff dr tes'.
La secori_de variante dé :sous-.réseau. Sil, illustrée sur là figure 9, 2.0 diffère. du: sous-réseau de la figure 7 par l'elimentat on. des.: ,paves des:
éléments rayonnants l Ri.rtvn:plus.surl~ur's côtés rirais dais leurs cr-iris, de rn nière â, exciter srmul arterrierii les deux pcai rri atrpns, et "par-r.itllisatléi7 dé
modulas: de çorr mutation: MCT dans les :élérr ente :rayonnant ERi affin: de selectionnor lun . dès; teuit pc iarisotitrris r~xcifées, tant eri collection qu',eri s ën lissJon.
Il` est important dé. noter qua la double polarisation n'est pas:
obligatoire est de type linéaire Ellepout en effet étro do type; circulaire .
Dans ce cas, eomm.e il ustré s.ur la fi cire 1 r .; les ëlonien#
rayonnants _f^Pr p: uyerlt;
être; par exempté, des résonateurs rnicroruban tronqués. selon leur diagonale aîo âù des résonateurs mi rc ruban légers r nent reçtariguiaires.,Qans la vomie de la figure 10 les: commutateurs MCT permettant: le fonctionnement en double, polarisation n'ont pis été mprésentés..Mai' , en réalité, ils sont placés s r trée;.et,:r l;a sortie d :alérner ts `ragc~nnsi-its Ri, comme c !est I cas dans le mode de réalisation de la figure 8.
Bien que cela m'ait pas encore été menlâpf.në, la _piensti#ution de bandes de sous-réseaux SR suivant une direction choisie, permet de 'faire varier la direction de pointage de.fantenne DP.A, ou en. d'autres termes de s rendre, l'enter;rie rec olnfigt gable.
Une telle bande B est schéffiatiquement illustrée sur fa:figure 11, dans le cas de- rouis-réseaux SR linéa.it s. Dans ce cas, comme illustre, les sous-réseaux SR: dure bande B sont placés: les rets contre les autres parallèlement à leur direction &extension (ici OX). L'antenne A est alors reccnfigurable suivant là direction OY (ou élévation), c est-salira dans le'plan perpendiculaire: à la direction OX..
Par ailleurs, comme iitu.stré :sur le fiqùrè 12, .l'ente'he A. Peut:
comporter `.plusieurs bandes .B paralleles de bous-roseaux planaires: afin qu'elie~soît reconfigurable à la fois suivant-là, direction, OY (ou , elevation)., c'est- à-dire: dans le.::plan.perp.endirulaire à:la direction OX, et suivant la direction OX, .c`e-5ta-d1re dans le plan perpendiculaire à la.direction 4V;
Comme évoqué précédemment,, les élémernts rayonnants ERi sont:
préférentiellement réa.1.isés. SO.us la forme d'une structure multicouches classique cor preinant rrotainmei t; un pave :conducteur radiatif Inféreur Pl, 2:0 cou.pie., d'une part, à., l'entrée.. 1 et/ou à.. la sortie :0. et';
d'autre part,. à uri pave conducteur radiatif supérieur P5 charge de: collecter tes . osides ,:provenant de la source S et d ërri.ettre los nrrrle collectées après _"transformation. Le couplage entre les pavés r cfiatifs supérieur PS et inférieur PI clui~ éiémént rayonnant Rt: peut s'effectuer soit directement par ccnndt tct on, via une 85 couchis çondustr-ice ou, des traversées, .'soit de fàçein éledtt aghétitt ie 'vii :une couche de:matérlau:dle ectnque.
l1 est .important de noter que lorsque .le sous-réseau SR. doit fonctionr>er :selon deux polarisations (mo.de dual), ses éléments rayonnants l f i :doivent:. tre- adï ptés cet:.effet, Par exemple, on p ut rntegrer::dans la.
struotttre multicouches des éléments, rayonnants ERf deux fentes Osyr él.riq.ùes.' FAl et FA2~ comme- illustré sur la ..figûrc 1% Ou: dOUX
fentes .syrné:tddues F'S 1 et FS2, comme:. illustré sur la figure:14. Ces fentes:
peuvent Use! 'dans dans le plan de' masse: ,de la struçture;;:: es müvehs dé
Is col~nbinalson MG sont alors installés sur la face arrière du plan, de masse, et leur couplage aux~pavëe radiatifs s'eeffeçtue via l fentes.
`Des préclsio.ns, corlelérnai t les, structu'rds des ël nicnts rayonnants et les: fentes peuvent être notarnment-trouvées dans les documents suivants :
- #Dual-potarised widé:band microstrip :antenna", S .C. GA0et al, Electr i.nics Letters; .?0,." oû t 2001 Vol: 37., n 18, - .Aperture coupled Patch antennes with Uwda-baindwid h tan d dual polanization capabilities , C M TAO. et 'al, ittenna aria f ropagatiii n Society international Symposium, 1988, AP-S:, Digest; juin 1988, V01.3, pages:93 -9 J,.
"Ddàl potarized array for signal-processing applications' i 'Mrelesa communications` B. LlND ARK'et al, IPEE Transactions.on.Antennas:and.
Propagation, Vol 46, Issue 6,1uin 1998, pagres 758.703, - 'Widaband dual-polansed r icro.strip Patch ntenna"., 'S.C. GAO et al, Electrôriics:Lettèrs, .27 -septehI bre 2001, Vol: .37; n 20;
''In vestigations: _in n a power coombintng structure ustrng a. reflect array nf :dual food apertummcoupled microstrip patch antennas"" Ma:relu E, Bialkowsksi, IEEE Transactions on Ar tennas and Propagation, Vol. 50, issue 6, Juin.-2002, page 841 849.
o L'i til cation. dé:.fenfes syfnétnqu s:ES.est prëf rab[ catelle. procure aria :t el[i re isolation entra :les deux polarisations: et rie. gehère: as des nivéa ax élevés de polarisatiaà crois é:
Par eoerilple dans le.cas d'uni application de typé SAR::en bande X.
e 9 8 GHz, le substrat E, qui supprarte Ies circuits d'alimen tati n et les paves radiatifs inférieurs . I?I peut tre réalisé doris un rnotenau de type., P T F
pré ratant une constante di le ri ue 'envie n 3, ;. une tangente de perte d'environ 0,00e a 1 t GHz, u aïe ep isseur: d' aviron 0;79 rnri r et une epaisseur decuivre d'énvkrdri 17;Jm Par ailleurs, les:séparatreurs places entre lira paves radiatifs les fentes.:;FA- ou FS peut par-:-exemple,- être. réalise (dans un 3a, matériau de type l oràeell:' 31 présenta:nt une constante diél ctriquo d'environ.
1,05, une tangente de perte d'environ 0,0002 a 2,5 ~H:z et une ep is:~éUr d'en virnn 2 mm Dans ce cas, le pas- du réseau (c'est-à-dire 'la distance entre les éléments rayonnants ERS) est'.choisi énsiblement egi lie a .20 mm, e qui rr c x7,' correspond'à O,65 t lorsque la fréquence est égalé à;9,8 C1417-Les moyens de contrôle de. phase MCP de chaque sous-réseau SRi sont préférentiellement réalises sous: la forme de. déphaseurs; et plus préférentiellement encore sous la forme de :lignes :à. retard de configurations différentes (de. manière à appliquer des déphasages diffa rerits), couplées i au mcilhs un système électromé.car ique rrmicronique :de type MEMS; 'assurant la fonction do :corn mutateur, Ces systèmes sont p..articullërement.
avantageux du fait qu'ils présentent des- pertes d'insertion: très fatbiesi 'typiquement.
de l'ordre de..O, dB pour des fréquences pouvant atteindre environ 40 GHz.
L'ëtat dis IVIEMS est:controlc par dcs..tensions électriques:
Chaque:'.sous-réseau SR petit :également compôrte,r, corrrmé iifusfi sur la.figure 15, des moyens-d'amplification à: faible brune (ou L.NA pour et Low Toise Amplifier ) ctfoe dés: moyens d'amplification de puissance (ou HPA
pour. High Power Amplifier ):Chargés d'assurer une amplification quasi=
is optique clés ondes sr nnmées t avant ou après: déphasage par les moyens de .contrôle' de phase MCP..
Dans le mode de.réaiisation.:illustrë, le sdus-réseau SR cornprchd. un crrc lateür CR *racçorde, dune part, a là Iignë de transmission t T , ot d'autr+
part; aux moyens ri'et pl~flratiq LNA. et HPA, lesquels, sont ëelemè-nt .~.~ raccordés: à un commutateur MCT,. lui:: même raccordé, aux. moyens dé.
contrôle de phase MCP.
Ainsi, selon les etatsdu èirculateur CR et du: commutateur MCT, Ie s.
signaux parvronnent soit au LIMA pour y.:etre amplifiés avant de cc rertiot l t rz:
Vers les 'moyens de: contrôle de phase MCP puis vers les elements rayonnants ERi (oe qui permet un fonctionnement de I antenne en receptrcn), soit au HPA pour y être amplifies:avant de K descendre vers les éléments.
rayonnants ERi` (t qui permet un fonctiprrni ment .tl L n one en transmissio, n).
Ces moyens, d'amplifcàtion LIMA: et HPA peuv er t~`par ,exemple: être 0 rëaiisés sou s la -forme `de- puces.:amplificatrices, telles que des I fOs:
L'invention ne se limite puas; aux modes de réalisation d'antenne.
décrits ci-avant, seulement à titre d'exemple, mais gifle engloba toutes les :variantes: que pourra:,envisag.er l'horirme de Part dans 'lo cadré des revendications ci-après.
Ainsi, le nombre d'éléments rayonnants appartenant â: chaque sous-réseau peut Vitre' quelconque, dès lors qu'il est au moins égal â deux..
Par ailleurs;: le nombre de sous-réseaux d'une antenne peut être quelconque, dès lors qu'il est au moins égala deux.
En.outre, on a décrit des rodes de réalisation de sous réseaux dans lesquels lés éléments rayonnants étaient constitués d'une struc Lure multicouches comprenant des pavés radiatifs. Mais, l'inve.rrtion n'est pas limitée ;à ce seul.type d'él ment rayonnant. Elle .concerne également les..sous-o resea::ix:equipes d'éléments rayonnants tels que des résonateurs microruban, des fentes, ou..des résonateurs diélectriques.
L'invention -a donc. pour but.d'ar ëliorer.la situation dans le cas des antennes 'naseau réflecteur.
Elle propose à cet effet une anténne réseau réflecteur subdivisée en sous- ressaux id opera. ente camportar t chacun - au. moins,d.eux éléments rayonnants chargés, d'une part, de collecter des signaux délivres par une source et -présentant au moins une première.
poiarisator choisie, et d'autre part, d'étui ttre des ~sigr aux déph: s s.
présentant au rioirns une seconde polarisation choisie, orthogonale e là
io première;
= des. moyens de combinaison chargés de sommer les signaux collectés en fonction d'ur e pr..em.iere1loi.'de phase choisie afin qu'ils .corrr spondent à une direction choisie de pointage de la source, - des moyens de contrôle de phase chargés d'appliquer un. déphasage:
dhotsi'aux:signaux soma es, et - des, moyens -de distribution charges de distribuer les signaux déphasés ntne lis étérnefl s rayôhnànts,, en.-fcnctioh e'urte s idonde idi de phJçe choisie, de sorte qu'ails les=rayorinertt_,dans une direction.de pc~intege .d'une zozo: chdïslë.
20 S.eloil une autre caractéristique. de l'invention, les moVêns~dià contrôle de, phase et.ies moyens: de di:stributivn de. i'ar;terne :sort coi figurà:blës dé.
serte que :sa direct on de pointagepuisse varier.
Chaque sous-réseau peut comporter d'Autres caractéristiques qui prieront être prises s parement oit en comb narso ,et nbtan niei t<
s ses moy ns. de contrôle de phase peuvent être des dephaseurs éomportant des lignes ,à retard de cartiguratsorts d ffrentes et au; moins un commutas ur,. comme Air exemple un syste n sleetrarnecanique micronique de' kype ME .
ses moyens de combinaison et ses moyens de. distribution peuvent. être distincts do sorte rare tes sous~roseaiax soient de type non réciproque, paris ce cas les moyens de cgrnbinaisori, peuvent comprendre une ligie: de '3 transmission présentant des ramifications., couples aux élèments rayonnants de manière à collecter en parallèle les SiQnaux qui présentent la première polarisation, et conformées de manières définir la première loi. de phase. En variante les moyens do combinaison.
s peuvent comprendre une ligne de transniission constituée de partions de lunes; raccordant les éléments rayonnants les uns aux autres de manière à collecter en série les signaux présentant là première polarisation,_ et conformées. de manière: à définir la première Ici dé
phase, ïo les. moyens:: e distribution peuvent- comprendre une ligne do transmission présentant des rarnificatiôn's; couplées aux êlèn ents:
rayonnants de ,rnanlère à.distribuer en parallèle les signaux:déphasés, èt c orlforrnêes de n et'ière à définir la seconde loi de p.hase.:En., warrante, les moyens. de disiribution peuvent- comprendre une ligne de tra~ismtssion constrt tëz de ;portions de lignes, raccordant: les éléments rayonnants., lès uns- aux autres de manière à distribuer en. série les.
siginaux.déphases, et: conforrnees de man are à définir la. seco:nda ici de p. lisse;
dhaquo,soirs~=réseau peut être clé type planaire, 2 hàqué, so.ùs-r seau. peut afro' de .type :linasire, ses éléments rayonnants :étant alignés: suivant une direction: choisie,, ils: peuvent: étre insta les :en parallèle.de.manière à constituer- une bande d'au moins deux sous-réseaux.. Bien entendu, l"antenne peul comporter plusieurs band.,,paralieies entre elles, - ses etArpents;ayt~t riants auvent être a enté: de mmnière à collecter dés:
signaux présentant les première et seconde polarisations choisies. Dans ce cas...
il peut corrprendredes premiers moyens de sélebtiorl. rie polarisatran;
intercalés. ente les èlé:ments.rayontnants et les moyens déeornbinaisàn, s ; et des seconds moyens de sélection de polarisation, intercales entre les moyens de distribution et, les éléments rayonnants. Les premier et sêcônd: moyansde: sélection :de polarisation =sont élors: chargés de seiectlc ber sur ordre rune des prerni re et sc onde polarisations afin qûë ".Pàntèinrte pta sse 'fonctientïer ~seton deux modes* de opte leation diffa rents~
en =vadarite, les éléments rayonnants. comportent:.dos moyens d+e sé'ection de polarisation .gtiàrg6s de sele;ctioririer sûr ordre f ne. des premiéte et secônde pôtansàtiens, àfih qùe.i'antenné puis e fOrldfiài1rier .selon deux-:modes..depolarisation différents, chaque.: ligne de transmissfion peut . être . rêalkséee. dans -une teQhnôtc gié
t ôis1e parmi àu:: rt birrs leè téchrfül ies microiïjban, copl miro :ët t+iplaque,.
.~ .ses: éléments.. rayanrlants; peuvent:: être: :cQMp1is aux moyens .de combinaison:: et aux fnoyeni -de distribution par contact direct. En variante, les ëlérrients ~â rvrnnï n p avent étr i uplës dé:.fai ari él tramagniétique :eux l=-io com.b1 so et:aix mo eryensde s:de:distrbuton, -ses élérnenxs rayonnants.. #egven# être para -exemple :des: :structures mylfiçpirçl7 s q: A vers rsdiaf fs ~tès-lesôri` tmiër raar;: tpf nfes-du purs des= r:.ésonateurs diéIectr qu s,.
:des....moyens d'àrripliftdi tir rt:cb rgës, d'âr iliëi': iss on es $ôrni é~s~:âvi ti qu eùes. ent emises:e ô'u-une fois collect es Un aspect de , l'invention concerne l'antenne réseau réflecteur (A), caractérisée en ce qu'elle est subdivisée en sous-réseaux (SR) indépendants comportant chacun :
- au moins deux éléments rayonnants (ER) agencés, d'une part, pour collecter des signaux délivrés par une source (S) et présentant au moins une première polarisation choisie, et d'autre part, pour émettre des signaux déphasés présentant au moins une seconde polarisation choisie, orthogonale à la première, - des moyens de combinaison (MC) agencés pour sommer lesdits signaux collectés en fonction d'une première loi de phase choisie de sorte qu'ils correspondent à une direction choisie de pointage de la source (DPS), - des moyens de contrôle de phase (MCP) agencés pour appliquer un déphasage choisi aux signaux sommés, et 4a - des moyens de distribution (MD) agencés pour distribuer lesdits signaux déphasés entre lesdits éléments rayonnants, en fonction d'une seconde loi de phase choisie de sorte que lesdits éléments rayonnants (ER) de chaque sous-réseau (SR) les rayonnent dans une direction de pointage d'une zone choisie (DPA) - et en ce que lesdits moyen de combinaison (MC) lesdits moyens de distribution (MD) sont distincts de sorte que lesdits sous-réseaux (SR) soient de type non réciproque.
-D'aEitres :caractéristiques. et avantages :de :l'inventïon -appam tront..à
lo -Téxar 'eii _I.à dësçr{p gi détàitlee :~cl-après, :et des:.a$s5l :
ànnexés.. sur resquèls:
la- urge I sf n me de principe d'tln. sot s é eeu; d une antenne , i ssau.xé#1é ièUi= s IQfi.N~nveiiii . n;:
.t :fl ùre 9 li.stre de faç n schématique tin ::exen pie de 'reg tsat on d'u n sous-reseâU.:nett r:Tpé d I R{{,.
- .{à itgur 3 _ Bistre dàns:u :~!üë en: ü :.transveMa e ~ ne a t nhe r së;3û
rflëctgirr s~lor~ {`rtvërallbrt:cbrripfflai:e:sois-xseaux:c~on réirciqus.:
:d.+ë t pe:planaire,.
- :I gare 4 lüstri de fiaçen sGh r i i ürt. rérraier ëxèmple dé rëalisétigri .d`un=sous seau,non réciproque. de:type.l{nèeire, = {â figure i{I.Ustce de f.a eç' h i ifüé iin,.dé~t è.mO exèrnplë dë
:r'éét sâiiiiri i#'ùrrsdû r së i nôri: écïprogt é:dë'tYp {inéaire les figures 5A et 6BB illustrent: de façon schématique deux parties .d'un troisiëme exemple de rèallsation d'un sous-réseau non 'réciproque de type linéaire, la figure 7 illustre de façon schématique un quatrième exemple: de réalisation d'un soue-réseau non réciproque detype linéaire, la figure 8 illustre d :façoii schématique un çinquiiramo. exemple do réalisafiion d'uÃn sous-ré.seaû.non réo prc~gve de type liriéàir'e, adapté à
une d+oufle pd:larisatiori, la figure 9 illustre de façon schématique un sixième.oxornplo..dc réalisation a a d'un sc s-roseau non réciproque de type Iin ire., adapté à une, double polarisation, la figure. t0. illustre de façon: 'schématique un septième exemple de .réalisation d'un sous-réseau `rit7rl récipt que de type linéaire,: adapté à
une duble.:prlarisàtion,.
~s - la* figure 11 illustre de façon SCl émoulue. tn exemple de haine de sous-réseaux non réciproques; de type: li.néaire, la figure 12 illustre de façon scherriatique rai exemple de combinaison de bandes de soue-réseau :non r çipr ques de type planage, - le figui- 13 illustre do; façon .schématique un exemple .de realisàtio.n d`un o élément rayonnant comportant des fentes:asymétrigùes;
la figure 14: illustre .de. façon schr rriatiyue .Un c xerttple de réalisation d'un element rayonnant comportant des fentes syméÃriques, et Ir figure. 15' est une variante de> la figure 7' comportant des moyens d'nbifiçatidn'de ignaux.
2 Les dessus àOn xés pourro.Mt: rios seulement servir à Gf?[7il7ieter l'invention, mais -aussi contribuer`è sa-définition, l'è cas échéant.
On:se réfère tout::d :abord: à la ft9ure I pour prèscnte r:I invontion.
Une: antenne: réseau réflecteur A co pren tout d'ahdrd urgé source S, délivrant sous un angle solide choisi dedirecti`.on principale DPS, appelée direction: de pointage,. de la source, des ondes -comprorïant :des signaux à
transmettre.. L'antenne A :comprend également plusieurs.. sous-réseaux SR
char jes de régi pt,onre avec' un gain élevé, lès ondes dè1ivrées par la.
source S, et de les transmettre suivant. un angle solide çiioisl :. de direction principale: DPA, appelée. direction de pointage de l'antenne, afin de couvrir une zone choisie avec un gain .eleve.
Selon l'invention, .les sous-réseaux SR sont indépendants les. uns des s autres et cor portent chacun, tout d'abord, au moins deux éléme ts rayonnants Mi (ici = 1-8`4, errais il peut prendre rti'irr porte quelle valeur supérieure ou égale à .deùx), ''arg s d'âne part, de collecter les signaux délivrés par le source :S qui 'leur paMer vent sous. la; forme d`Andes ~çt q~ri présentent au :moins Une .première polarisation choisie PI, et d'autre part, =o d'ëmettre- des signaux. déphasés présentant au rnoins une seconde polarisation choisie P2,, orthogonale à: la pre'rniére. Chaque élément rayonnant ERI délivre.lés signaux qu`y a: collectés -sur: ùne sortie 0 à. laqueilé il est couple.
Chaque: sous-réseau: SR comporte également des :moyens. de I5 combinaison `alimentés en ;signaux collectés par les différentes; sorties 0-..et ollarges ëie lés sommer éti fôhction d'ùh.e premiere Ici. de ph age ëh' isre afro qu`i}e correspondent a ta direction elici:lsie de pointage de ia sAr rée DPS.
Chaque 'sous`-réseau SR comporte en outre des: moyens de contrôle de :phase MGR clin t ratés. :-eh signaux Sï manies par: leS moyeIi do 20 combinaison MG:t chargés de, leur. appliquer un déphasage choisi..
afin, chaque;. sous-réseas R comp rte des moyen e. de disirlf ution.
MD alimentés par les moyens de contrôle de phase MCP en signaux..somm:és et déplia és.et;ehar és ile les disÃribù ë r: les. éléments rayonnantsER.i;.
via: des entrees: 1, :en fondtiun d'une seconde Ici de phase choisie de sorte 2S qu'ils les rayonnent dons là direction de pointage de l'antenne ' DPA avec la seconde::pailerisaticn PC:
Les sous resea Ste scrnl preférentiéllsin ent de typ non réciproque.
Dans un sous réseau non: rociproque Sl les moyens de combinaison MC et tes moyens de distibufion,MD:sôni distincts. lis constituent ainsl.déux circuits 30 d'ailm-entatlon :distincts;
En raison de "ces deux circû:its d'atirnentation distincts, if est possible dei. traiter scparérnerjt la réception et la: transmission et. par: çonsëquent d'ok tenir un gain élévé tant: n réçeppikn qu en transrrrissir n.: (ou émission):, dès; lors qûe: le pas du réseau est su.ffisamrrient petit `(typiquement .O ,a il â a;.r A). Los dimensions du sous-réseau SR. sont alors choisies en far dtion' de l'ângle.de balaya.g.e maxirmmal nécessaire â la transmission suivant la direction de pointage d'antenne DPA, à l'image d'une antenne à réseau à commande s de phase: active.
Un sous=réseau SR de type non réciproque peut se présentêr :soit sous une fione planaire; soit sons une fonite linéaire.
On entend ici= par :.sous éseau planaire un sous-réseau SR du.
type de celui illustré sur la figure 2. Dans untel :sous réseau AR, las éléments io rayonnants ER! (içi i= 1 à 4) sont disposes :élans un plan;. par exemple aux quatre . coins d'un parallélépipède rectangle. Dans l'exemple illùstré, chaque élément rayonnant ERi délivre sur sa sortie O des signaux présentant une:
première polârïsatiori Pi verticale., et est agencé peur émettre des signaux.
sommés: présentant une:seconde polarisation P2 horizontale, 1:5 Chaque sortie 4 constitue l'extrëmfé d'une. ramification RI d'une:
p.remiére ligné de transmission LTI raccordée a l'er+trée des moyens trie contrôle +de: phssa.MCP et:qui:cor+;~titue. le& moyens:. de combinaison M.G.
Les conf guraiiç ns:d la ligne de transmission LT1 et do ses ramifications F 1 sv.rit choisies de. r . arrière a .t~mpenser les ëç:àrts èrttro I che vins s.uivrs par les:
c; ondes entra la source S et les. différents éléments rayonnants ERi.
cionfomiemant à. la prerniere loi de phase associée à la .directiç n rie pointage de la:. source DPS pour le : sous-réseau SR . concerne.Cette compensation constitue ce hué l'art a appelé précédemment 1a combinaison oes signaux >
ici, tous les éléments ieyortnants ERi alimentant les moy n de combinaison ;MC en: parallé:le: Mais, .on peut envisager une variante dans:
laquelle': l'alimentation s'efffectue et!: série; Dans ce cas, la ligne de transmission .LT1 est oonstituee de portions de lignes gui raccordent lès élém.ents.::rayonnants ERI les uns aux autres..
Par ailleurs, chaque er trèe l constitue. l'.extrénmité dune ramification:
o R2 d'une seconde ligne de . transmission LT2 raccordée< à la sortie -des moyens de contrâle.:de phase MCP et:c ui c0nstitue:ies rr yens de distribution.
MD:. ;Le déphasage appliqué per. los...rmc yens .clé. contr.8le do: phase MGP
et les:
configui ria s de la lige de transmission f~T2 et de ses rom ficat ons R2 sont choisis côntorrriément à la. seconde (bi. de phase. associée la direction de pointage de; l'antênne'DPA.
Ici., les Moyens de distribution MD alimentent les élëments..rayonnan. ts.
E.Ri en parallèle. Mais, on peut envisager une variante dans laquelle l'alimentation s'effectue en sërie. Dans: ce cas,, la ligne de transmission LT2.
est constituée de prenons ddc gnes qui raccordent les el+ ments rayonnants ERi le's:,urns' aux antres.
Il'est;irnportant de :noter.qu'au sein d'une ar tennt A, la pÃ~eniére loi.
de phase appliquée par les.. moyens de combinaison MC peut -varier don Eous-réseau à l'autre du fait de leurs positions respectives par rapport a la source S.:
Les lignes de transmission LT1 ét LT2 et leurs ramifications R1' et R2 sont 'preferentiellernent. realisees. -en technologie microruban (ou . micrestr.ip= ).. Mais, danse des variantes, les lignes:: de- transmission LTI :et LT2 et leurs ramifications R1 et R2 peuvent ëtre réalisées én techrtolegie:
trip)aque::vu caplnalr Par ailleurs, comme cela est mieux illustre ria figure 3, du. fait des croisements entre les lignes de trallsrrrissic~h LTI let LT2, les moyens de combinaison M (LT1 et R1) et les t oy ris de d stribut on h!(G?: (LT2 et.> 2) =0 sent prefe'rentie(lertsent r li s sir d s niveaux. distincts de la strudture U
sous-réseau SR,: Dans cet exemple, les :. lignes: de trar~srnis'stbi .:sont oupl+ es directement (par contact): aux .cléments .rayonnants ERi Mais, n peut envisager une variante .dans : laquelle le. couplage s'effctue per l' ntei mediaire dfentes. Dans ce cas, los: moyens de combinaison MC' ot les moyens: de 2s : distribution MD peuvent être jnstai(r s sûr deux niveaux différente de la face arrière, On. va maintenant décrire des -exemples ~de . réalisatton de.: sous-.
resd~ux np`n reçipC~?quas linài~-~s selar~:' I`iC1Vir11tiora:;
tin entend ici par sous-reseau:lineaire un sous-réseau SR du type 30 dea celui. illustre. sur la figure 4, du SU r l' ùne.:dé ses variantes iIiUStmessur les figures 5: â. 10: et 15.
Dans un sous-re eau SR non r=ec pr0ci e, les :elements rayonnants ERi sont disposés les uns à 1 a .suite des autres su!*varrt urne directioln .c hoirie OX. Cette:. disposition est particulièrement bien adaptée, bien que de -façon non exolUsive,. a.i x anternne s radar à ouverture synthétique- ou SAR (pour cz Synthetic Aperture Radar*). . Par-ailleurs, les moyens de combinaison MC et les moyens qe dist':ribution MD ne se crei$ernt pas, contrairenieit-taux sous-s réseaux; planaires dans lesquels les moyens ide., combinaison M.Q. et tes royens de distribution MD se croisent du fait qu'ils sont formés a des:
niveaux différents.
Dans le môde de realisation de la figure 4, chaque élément rayonnant ERi: r<ici ii =:1 à 4) délivre (sur sa sortie O.) des signaux présentant ià.première i o pôlarisetion PI horizontale.,: ét est agencé pour émettre des sig faux sommée pr sentalnt ..une. seconde pviar~sstirari P2. verïicàle.. Les éiernerrts rayoririarrts ERI du sous--resçau SR alimentent en parallèle en signaux ,de polarisation PI
les moyens de cor binaison MC qui les.: combinent séton .1a e iIre loi de phase pour alimenter l'ontrée des moyens de contrôle de phase :MCP.. Les 1 moyen s: de conitrôle de phase MCP alimentent en signaux. sommes et déphasés les moyens de distn4baiion MD qui sont, par ëxorrt le, placés au même niveau que les moyons de combinaison MC: et les t ioyens de dlsfribùticri-' l D: l nfin, .I es Moyens do.. distribution MD distribueft':en pàrallèiè
aux.. éléments rayonnants ERi les signaux: sommés et déphasés, 7 0 conforr . ériient.à la seconde: loi de:phasë:
n raison:, du h anque de place, les rrroyerts de centrale de phase MCP :sr~r~t, Installés à un niveau dii#êront,de colui où sont installés: Ies :moyen s de combinaison MC et les moyens de distribution MD. C'est la raison pour laquelie:its sont matérialises.éri pointillés, Dans. cet. e ernple` tta i airatàin, ohaquo. sartié d'un élème.h't rayonnant ERi:cVéxtrémité d ûne.: ramification Ri drane:.première; :ligne de transmission LT raccordée a l'entrée des moyens de"contri e'de phase MCP par i`interrnédiaire d'une première transition TRI, et qui constitue les moyens de combinaison. MC< Les cr rrf gurations de. la l gno de transmission 0 LTI et. de. ses: rsnifÃcations RI sont` choisies de ' man iiere à con p% les écarts entre. les chemins suivis. par .les, ondes entre. la source S et les différents éléments rayonnants Rï. conformérrren#'a. la prerrli re loi de hase :associéé:à la direction de, pointage de ta source DPS;
1.0 Chaque entrée l constitue l'extrémité d'une ramification R2 d'une seconde ligne .de trai sniissio ' LT2 reç vidée à la sortie des' moyens de contrôle de phase. MCP par l'intermédiaire d'une seconde transition TR2 et .qui. constitue .les moyens de distribution MD. Plus pieciseernent, la seconde 5: transition TR2.. est ici raccordée à le sortie des moyens de contrôle de.
'phase MCP par l'interE- édiaire dune ligne de transmission auxiliaire LT3.
Les. configurations de la ligne de. transmission auxiliaire LT3= et de :la ligne de transmission LT2 et de ses ramifications R2 sont choisies conforrnement à la seconde loi de phase associée à la direction de% pointage ~e l'entrrtë D.PA, Las lignes de transmission LTI et LT2::et leurs ramifications RI et R2 sont également préférentiellement 1balisées en technologie microruban (au microstnp) su.r lia nm'ême couche que celle comportant les pavés inférieurs radiatifs dés éléments rayonnant, ERj :,Mais, daine- des vai tantes, les Tigres de a F transrnission LT1':et LTZ et 'leurs ramifications RI et R2 peuventétre réalisées en techpôiogie tri:plaque ou coplenaire.
Les; pavés des élèMènts. rayonnants ERi :sont ici :de forme circulaire, mais lie pourraient étr>e de férmo carré.
u*' il .est sgIb1e; d`itistailer les rAcy ns de ntrôl ria r fisse ,'o MCP au. -niveau: des moyens de combinaison MC et des moyens de distribution MD, on peut p r'exemple utiliser: la ,x~nllgi.ir tionHlustrèe sur lai figure.:.5, Cette variante reprend l'initegrallte des constituants du sous-ré seau de là ftguro 4, niais di ère.:de celui-ci parle fait;. d'une part, quo les sorties t dos. elêments rayonnants ERS ët ER2 sont placées cri regard rune de.l'autre,.
tout ornme celles des élérr ents rayonnants E R.3 et R , et d'autre part que les moyens de cotitrole.de phase MCP sont places-au même niveau que les moyens de:combinaison MC. et les :moyens:de.dttstribution .ltllD;
En ràisora :de rettP cartfiguratièn,:les signdù.x delnirés par: es él"èmIénb~
30 rayonnantsERI et ER2 (respectivement E .R'3 et ER4) sur fours sorties respectives présentent ici des polarisations antiparallèles., On prévoit dons, sur la ramification RI qui relie l'element rayonnant ERI (respectivement ER3.) la ligne rie transmission LT1, ûn dépha r D charge d`âpp'liquer tan iI..
déphasage de 1300 aux signaux qu'il reçoit avant _qu'ils ne soient combinés aux signaux provenant de I`.él m nt rayonnant ER2 (respectivement ER4).
Là. variante de réalisatio,rr illustrée sur lés figures 6A et 6B permet :.:de mieux visuélisei' la séparation dés moyens. dé contrôlé de:,phàsé: MCP, d'une part, et des moyens de carrrk~in:aison me el des moyens de distrilaution MD, d'autre part, évoquée précédemment en référence à la figure 4.
lans cette variante de roalisatiol , les .moyen dé distribution MD
alimentent` en parallèle: les alémerts rayonnants ERi avec des :signaux sommés etdéphses devant être émis svec une seconde polarisation lineàire i c :verticale- P2. On peut:noter- go'ibi es entrées L des éléments rayonnants ERI
et ER2 sont placées en bas: .N dés pavés inférieurs Pl (par -rapport à la direction verticale. de la.: page), tandis qurr les bhtrrés 1 d.è élémèntE
rayonnants ER3 (et ER4 sont placées c< en haut : des pavés inférieurs PI (par rapport a. la direction verticale de la page) Par conséquent. la polansatïon des :).s signaux émis par les::.elérne.nts rayonnants: R3 et R4 est .ailtiperallèle à
cella des. s. ignaux émis:par les éléments rayonnantsERf ètER2. Cela impose donc oûe l'on déphase de 1,8O lés sigr aux provenant soit oe `ER1 e`t ER2, soit.:dé ER3 'et ER4,,:cornn,e lustré sur la ligure 5.
'Comme illustré* sur la figure 6A chaque élément rayonnant El i"est ci 20 constitué,. notamihent. d'un' pavé radi tli (du .sr potch ~a) inférieur PI,. qui se trouve :placé au niveau dé..la::coirclle cornpo ént les rn yétlçdp corhbir a.isbn MC et tes moyens de distribution MD, et d'un pavé rEdiattf :supérieur PS
(matérialisé en pointilles), qui se trouve tléce au dessus d'ut e. douche.
diélectrique; aile-méimo placéo:au dessus d.e .lé couche comportant les pavés 25 irnfeneursPl, les' moyens de combinaison MC et.iés moy ns d'e distrlbutlon..
Les moyens:: de: contrôle de phase :M.CP sont réalisés dans une.
courue .d.e la structure placée de preference à l'arrière du ;plan d masse:
(non représente), et lacouc.he cOtllporF nt les nie ierrs de combinaison MC ett:
l.es o moyens: de distribution MD voir figure: 6B). Pare ailleurs, ta structure muIticouches,est entourée de parois metalligues PM.
Dans cet exemple> de' :réalisatic~rr, chaque sertie, O 'd'-un élément rayonnsr l ERr or~stitüe e t d6 d'ui7ë rarriificatic P :d'une prernréré lig~iè
.12 de tràn&nissian LTI raccordèe à l'entrée des moyens de contrôle de phase MCP par 'l'intermédiaire d'une première: transition TR1 et qui constitua les moyens: de Combinaison MC: Les configurations de la ligne de transmission LT1` et de ses ramifications RI sont choisies :de manière à compenser. les s écarts entre les chemins suivis par les ondes entre la source S et les..
différents irlérr7ents rayonnants ERi: confonrtémarnt à la..premiëre loi de phase associée à la direction de pointage de la source DPS.
Ici, tous les ék ment$ i ayonrrants ERi alimentent tes mo reris de combinaison MC en mode pà . leie avec des signaux nr se'riterit une ~.~ première polar sation: PI Ihvrizar-talé .
Chaque entrée C constitue l'extr i ite d'une rà:mifiçation R2 d'une seconde. ligne. de. transmission LT2 raccordée .à la sortie des moyens de contrôle de phase MCP par l'intsrrr édlaire d'une seconde transition TR2: et qui constftuo les moyens de distribution. MD. Plus, précisément,, la seconde:
13 tran. sifiar : TR2 est ici raccordée e la sortie des..moye-n s dP..
ctaritrà l rie phase:
M!CP par l'intermédiaire d'une ligne de tr insrnission auxiliaire LT3 Les configurations dc: la ligrre de transtiission auxiliirè:.LT3- et de la ligne de transmission LT2 et de ses ramifications R2 sont choisies con oral en ent àla secô ide loi dë phase ass ààIëèe s ie.clir..ectIon de po'<ntage.
~u de-:l`antenne: D.P.A.
Les lignes. d;é.transmission LT1 'et LT2: et etirs, raniifidat orr R:1 et R2 sont :égaiement prefetentiellement' réalisées :en technologie micrortiban (nu.
mïcrostrip} sur la me c coucl ie::qu ,celle cc inpo t nt fes paires, iilferisùrs. l'l, NM.ais, dans dès variantes; :les. lignes: de transmission L-TI ef: LT2: et leurs ram cations RI et R2 peuvent être réalisées er technologie:: triplaquc OU
piantaire.
Dans. u.n_e variante de réalsation, les..,mo;ens de cornbirsisn lu]Ct les moyens de distribution: ~M peuvent étre lalacés â i` rriere du plan masse. Dans . ce ca's, chaque .elori-ient rayonnant ERi est:: aiimeri é $ddoue o transilibns verticales raccordées à ses: points d'excitation.. Ce mode .de realisatlo:n nécessite que l':pn libere de le place au centre pour installer, les rrnoyens de. contrôle: de phase: M P ce impose une configuration cl'exçitattor similaire à celle de la figure 5 et donc l'utilisation de déphaseur de :180 MM.
On se réfère maintenant â la figure .7 pour- décrire ;un autre rôde de réalisation de sous-réseau non réciproque linéaire selon l'invention. Cette variante reprend une gravide part7e des~ constituants du sous-réseau de la figure 4, mais diffère: de . celui-ci: par le fait que les éléments rayonnants .ERi sont couples en réception les uns aux autres en série.
Plus précisément, dans ce mode de réalisation; la sortie (0) du premier à li3rnent rayonnant.ER1 alimente une f remiëre portion Pl .de. la ligne de transmission LT1 raccordée au: déuxiéme élément rayonnant ER2, dont la i.o sdrtie. alimente une deuxième portion P2. de la Ilgna de. transmissigri:
LTI
raccordée au troisiôrno élément rayonnant ER3,. dont ia sortie alimente une troisieme portion de la .ligne de. transrr issïon LT1, et: la sortie- du quatrième élément ràVonrisnt R4 .alirrierite ici une glaatrièm.e portion P4 do l'aligne dé
transmission LT1; agencée différemment des :autres portions P1' .â:.'P3 01n dé.
perisër l'excitation antipa llels du quatrième élémen rayonnant ER4 La, ligne de transrnission::LTI alimente les. moyens. de i;orytr le de phase, MCP, qui alimentent la. ligne de: transmission LT2 dont 1.es rarnifçations sent raccordées aux en:tràes;(() oes élérnénts:rayonhénts ERI.
Ce modè dé rèalis rtarti est. parttcdii rmnt ir téi"essant lt rsqü' l zu comporte des_ :moyens de antrblo do phase: MCP réversibles ?,: car il perimet à l''antenne A dé fonctionner salon doux modes do.:.,Polàrisation..
En:
eÃfet- au lieu d'ai rneniter en sanie.-fa '.ligne.::de transmission avec des signaux d .poians taon PI horizontale :les elernents rayonnants; ERt peuvent alimenter: en parallèle I li ra ` de transrrn ssion l T2 avoc des sigr ux sommes;
et déphasés devant être émis avec une seconde polarisation P2 verticale.
Dans. tes; cas, la..ligne de transmission LT4 alirtiente en .sérié les cléments.
rayonnants 'ERi avec..des signaux dePola rlsation. Pl horizontale.
Deux variantes derealisation de .ce .dernier modo de. réalisation sont illustrées sur les .figuras 8 et 9 Ales permettent à l'antenneA de foncttot ner selon deux modes tte.poldrisatiott.difféeents, La première varia hte' de. sous-réseau SR, illustrée..sur la. figure. 8, .diffère du: sous-réseau de la figure 7 par {`utilisation. de modules de cor irriùtatt ibn M CT rom icatigns tirai la lune clé trarisr~~tssi rr ! T et si r 1a ligne:'de transmission LT2. Plus>précisement, dans la.configuration illustrée, les, modules de commutation MOT (qui sont partout douiblés, pour perméttre un fonctionnement, dans les deux sens) sont: placés dans une première position . d. permet l'application de la loi de phase associée â1a .direction de s pointage de l'antenne; DPA. On collecte alors en pdraallele les slgnàux présentant une-première polarisation verticale Pl et on distribue en série des .signaux. sommés: et déphasés, devant être émis avec une sec i.rtde polarisation horizontale: -Pl. En revanche; lorsque: tous les modules de:
commutat on...MCTsont dans une seconde position,.on-peut appliquer la lei de 1cI phase associée à ia. direction de pointage de la source DPS. Cel.s permet d'addapt'er.la polarisations a. -celle de la source S:. Les. signaux présentant une p:remièee polaranatior herizôntaié sont alors collectés en série, tandis:::roue, l'an distribue en par'-altèie des signaux sommés et déphasés =devant être: émis i vec:une seiroiide polarisation Verticale, 15 Comme on peut le voir sur. la 1 igtire 8,, les deux -voies qui retient Les entrées (du. sorties} des niodules. de ceommut itibn MCT aux ramification s.Ri ou bien a la ligne de: transmission LT2 rte présentent pas les rnérrtcs conflgOrations du Ãai qu'elles:sont a~sooiées: a des_IOis:de: ph se ff dr tes'.
La secori_de variante dé :sous-.réseau. Sil, illustrée sur là figure 9, 2.0 diffère. du: sous-réseau de la figure 7 par l'elimentat on. des.: ,paves des:
éléments rayonnants l Ri.rtvn:plus.surl~ur's côtés rirais dais leurs cr-iris, de rn nière â, exciter srmul arterrierii les deux pcai rri atrpns, et "par-r.itllisatléi7 dé
modulas: de çorr mutation: MCT dans les :élérr ente :rayonnant ERi affin: de selectionnor lun . dès; teuit pc iarisotitrris r~xcifées, tant eri collection qu',eri s ën lissJon.
Il` est important dé. noter qua la double polarisation n'est pas:
obligatoire est de type linéaire Ellepout en effet étro do type; circulaire .
Dans ce cas, eomm.e il ustré s.ur la fi cire 1 r .; les ëlonien#
rayonnants _f^Pr p: uyerlt;
être; par exempté, des résonateurs rnicroruban tronqués. selon leur diagonale aîo âù des résonateurs mi rc ruban légers r nent reçtariguiaires.,Qans la vomie de la figure 10 les: commutateurs MCT permettant: le fonctionnement en double, polarisation n'ont pis été mprésentés..Mai' , en réalité, ils sont placés s r trée;.et,:r l;a sortie d :alérner ts `ragc~nnsi-its Ri, comme c !est I cas dans le mode de réalisation de la figure 8.
Bien que cela m'ait pas encore été menlâpf.në, la _piensti#ution de bandes de sous-réseaux SR suivant une direction choisie, permet de 'faire varier la direction de pointage de.fantenne DP.A, ou en. d'autres termes de s rendre, l'enter;rie rec olnfigt gable.
Une telle bande B est schéffiatiquement illustrée sur fa:figure 11, dans le cas de- rouis-réseaux SR linéa.it s. Dans ce cas, comme illustre, les sous-réseaux SR: dure bande B sont placés: les rets contre les autres parallèlement à leur direction &extension (ici OX). L'antenne A est alors reccnfigurable suivant là direction OY (ou élévation), c est-salira dans le'plan perpendiculaire: à la direction OX..
Par ailleurs, comme iitu.stré :sur le fiqùrè 12, .l'ente'he A. Peut:
comporter `.plusieurs bandes .B paralleles de bous-roseaux planaires: afin qu'elie~soît reconfigurable à la fois suivant-là, direction, OY (ou , elevation)., c'est- à-dire: dans le.::plan.perp.endirulaire à:la direction OX, et suivant la direction OX, .c`e-5ta-d1re dans le plan perpendiculaire à la.direction 4V;
Comme évoqué précédemment,, les élémernts rayonnants ERi sont:
préférentiellement réa.1.isés. SO.us la forme d'une structure multicouches classique cor preinant rrotainmei t; un pave :conducteur radiatif Inféreur Pl, 2:0 cou.pie., d'une part, à., l'entrée.. 1 et/ou à.. la sortie :0. et';
d'autre part,. à uri pave conducteur radiatif supérieur P5 charge de: collecter tes . osides ,:provenant de la source S et d ërri.ettre los nrrrle collectées après _"transformation. Le couplage entre les pavés r cfiatifs supérieur PS et inférieur PI clui~ éiémént rayonnant Rt: peut s'effectuer soit directement par ccnndt tct on, via une 85 couchis çondustr-ice ou, des traversées, .'soit de fàçein éledtt aghétitt ie 'vii :une couche de:matérlau:dle ectnque.
l1 est .important de noter que lorsque .le sous-réseau SR. doit fonctionr>er :selon deux polarisations (mo.de dual), ses éléments rayonnants l f i :doivent:. tre- adï ptés cet:.effet, Par exemple, on p ut rntegrer::dans la.
struotttre multicouches des éléments, rayonnants ERf deux fentes Osyr él.riq.ùes.' FAl et FA2~ comme- illustré sur la ..figûrc 1% Ou: dOUX
fentes .syrné:tddues F'S 1 et FS2, comme:. illustré sur la figure:14. Ces fentes:
peuvent Use! 'dans dans le plan de' masse: ,de la struçture;;:: es müvehs dé
Is col~nbinalson MG sont alors installés sur la face arrière du plan, de masse, et leur couplage aux~pavëe radiatifs s'eeffeçtue via l fentes.
`Des préclsio.ns, corlelérnai t les, structu'rds des ël nicnts rayonnants et les: fentes peuvent être notarnment-trouvées dans les documents suivants :
- #Dual-potarised widé:band microstrip :antenna", S .C. GA0et al, Electr i.nics Letters; .?0,." oû t 2001 Vol: 37., n 18, - .Aperture coupled Patch antennes with Uwda-baindwid h tan d dual polanization capabilities , C M TAO. et 'al, ittenna aria f ropagatiii n Society international Symposium, 1988, AP-S:, Digest; juin 1988, V01.3, pages:93 -9 J,.
"Ddàl potarized array for signal-processing applications' i 'Mrelesa communications` B. LlND ARK'et al, IPEE Transactions.on.Antennas:and.
Propagation, Vol 46, Issue 6,1uin 1998, pagres 758.703, - 'Widaband dual-polansed r icro.strip Patch ntenna"., 'S.C. GAO et al, Electrôriics:Lettèrs, .27 -septehI bre 2001, Vol: .37; n 20;
''In vestigations: _in n a power coombintng structure ustrng a. reflect array nf :dual food apertummcoupled microstrip patch antennas"" Ma:relu E, Bialkowsksi, IEEE Transactions on Ar tennas and Propagation, Vol. 50, issue 6, Juin.-2002, page 841 849.
o L'i til cation. dé:.fenfes syfnétnqu s:ES.est prëf rab[ catelle. procure aria :t el[i re isolation entra :les deux polarisations: et rie. gehère: as des nivéa ax élevés de polarisatiaà crois é:
Par eoerilple dans le.cas d'uni application de typé SAR::en bande X.
e 9 8 GHz, le substrat E, qui supprarte Ies circuits d'alimen tati n et les paves radiatifs inférieurs . I?I peut tre réalisé doris un rnotenau de type., P T F
pré ratant une constante di le ri ue 'envie n 3, ;. une tangente de perte d'environ 0,00e a 1 t GHz, u aïe ep isseur: d' aviron 0;79 rnri r et une epaisseur decuivre d'énvkrdri 17;Jm Par ailleurs, les:séparatreurs places entre lira paves radiatifs les fentes.:;FA- ou FS peut par-:-exemple,- être. réalise (dans un 3a, matériau de type l oràeell:' 31 présenta:nt une constante diél ctriquo d'environ.
1,05, une tangente de perte d'environ 0,0002 a 2,5 ~H:z et une ep is:~éUr d'en virnn 2 mm Dans ce cas, le pas- du réseau (c'est-à-dire 'la distance entre les éléments rayonnants ERS) est'.choisi énsiblement egi lie a .20 mm, e qui rr c x7,' correspond'à O,65 t lorsque la fréquence est égalé à;9,8 C1417-Les moyens de contrôle de. phase MCP de chaque sous-réseau SRi sont préférentiellement réalises sous: la forme de. déphaseurs; et plus préférentiellement encore sous la forme de :lignes :à. retard de configurations différentes (de. manière à appliquer des déphasages diffa rerits), couplées i au mcilhs un système électromé.car ique rrmicronique :de type MEMS; 'assurant la fonction do :corn mutateur, Ces systèmes sont p..articullërement.
avantageux du fait qu'ils présentent des- pertes d'insertion: très fatbiesi 'typiquement.
de l'ordre de..O, dB pour des fréquences pouvant atteindre environ 40 GHz.
L'ëtat dis IVIEMS est:controlc par dcs..tensions électriques:
Chaque:'.sous-réseau SR petit :également compôrte,r, corrrmé iifusfi sur la.figure 15, des moyens-d'amplification à: faible brune (ou L.NA pour et Low Toise Amplifier ) ctfoe dés: moyens d'amplification de puissance (ou HPA
pour. High Power Amplifier ):Chargés d'assurer une amplification quasi=
is optique clés ondes sr nnmées t avant ou après: déphasage par les moyens de .contrôle' de phase MCP..
Dans le mode de.réaiisation.:illustrë, le sdus-réseau SR cornprchd. un crrc lateür CR *racçorde, dune part, a là Iignë de transmission t T , ot d'autr+
part; aux moyens ri'et pl~flratiq LNA. et HPA, lesquels, sont ëelemè-nt .~.~ raccordés: à un commutateur MCT,. lui:: même raccordé, aux. moyens dé.
contrôle de phase MCP.
Ainsi, selon les etatsdu èirculateur CR et du: commutateur MCT, Ie s.
signaux parvronnent soit au LIMA pour y.:etre amplifiés avant de cc rertiot l t rz:
Vers les 'moyens de: contrôle de phase MCP puis vers les elements rayonnants ERi (oe qui permet un fonctionnement de I antenne en receptrcn), soit au HPA pour y être amplifies:avant de K descendre vers les éléments.
rayonnants ERi` (t qui permet un fonctiprrni ment .tl L n one en transmissio, n).
Ces moyens, d'amplifcàtion LIMA: et HPA peuv er t~`par ,exemple: être 0 rëaiisés sou s la -forme `de- puces.:amplificatrices, telles que des I fOs:
L'invention ne se limite puas; aux modes de réalisation d'antenne.
décrits ci-avant, seulement à titre d'exemple, mais gifle engloba toutes les :variantes: que pourra:,envisag.er l'horirme de Part dans 'lo cadré des revendications ci-après.
Ainsi, le nombre d'éléments rayonnants appartenant â: chaque sous-réseau peut Vitre' quelconque, dès lors qu'il est au moins égal â deux..
Par ailleurs;: le nombre de sous-réseaux d'une antenne peut être quelconque, dès lors qu'il est au moins égala deux.
En.outre, on a décrit des rodes de réalisation de sous réseaux dans lesquels lés éléments rayonnants étaient constitués d'une struc Lure multicouches comprenant des pavés radiatifs. Mais, l'inve.rrtion n'est pas limitée ;à ce seul.type d'él ment rayonnant. Elle .concerne également les..sous-o resea::ix:equipes d'éléments rayonnants tels que des résonateurs microruban, des fentes, ou..des résonateurs diélectriques.
Claims (19)
1. Antenne réseau réflecteur (A), caractérisée en ce qu'elle est subdivisée en sous-réseaux (SR) indépendants comportant chacun :
- au moins deux éléments rayonnants (ER) agencés, d'une part, pour collecter des signaux délivrés par une source (S) et présentant au moins une première polarisation choisie, et d'autre part, pour émettre des signaux déphasés présentant au moins une second polarisation choisie, orthogonale à la première, - des moyens de combinaison (MC) agencés pour sommer lesdits signaux collectés en fonction d'une première loi de phase choisie de sorte qu'ils correspondent à une direction choisie de pointage de la source (DPS), - des moyens de contrôle de phase (MCP) agencés pour appliquer un déphasage choisi aux signaux sommés, et - des moyens de distribution (MD) agencés pour distribuer lesdits signaux déphasés entre lesdits éléments rayonnants, en fonction d'une seconde loi de phase choisie de sorte que lesdits éléments rayonnants (ER) de chaque sous-réseau (SR) les rayonnent dans une direction de pointage d'une zone choisie (DPA) - et en ce que lesdits moyen de combinaison (MC) lesdits moyens de distribution (MD) sont distincts de sorte que lesdits sous-réseaux (SR) soient de type non réciproque.
- au moins deux éléments rayonnants (ER) agencés, d'une part, pour collecter des signaux délivrés par une source (S) et présentant au moins une première polarisation choisie, et d'autre part, pour émettre des signaux déphasés présentant au moins une second polarisation choisie, orthogonale à la première, - des moyens de combinaison (MC) agencés pour sommer lesdits signaux collectés en fonction d'une première loi de phase choisie de sorte qu'ils correspondent à une direction choisie de pointage de la source (DPS), - des moyens de contrôle de phase (MCP) agencés pour appliquer un déphasage choisi aux signaux sommés, et - des moyens de distribution (MD) agencés pour distribuer lesdits signaux déphasés entre lesdits éléments rayonnants, en fonction d'une seconde loi de phase choisie de sorte que lesdits éléments rayonnants (ER) de chaque sous-réseau (SR) les rayonnent dans une direction de pointage d'une zone choisie (DPA) - et en ce que lesdits moyen de combinaison (MC) lesdits moyens de distribution (MD) sont distincts de sorte que lesdits sous-réseaux (SR) soient de type non réciproque.
2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens de contrôle de phase (MCP) et lesdits moyens de distribution (MD) sont configurables de sorts que ladite direction de pointage de la zone choisie (DPA) soit variable.
3. Antenne selon l'une des revendication 1 et 2, caractérisée en ce que lesdits moyens de contrôle de phase (MCP) sont de déphaseurs.
4. Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce que lesdits déphaseurs (MCP) comportent au moins deux lignes à retard de configuration différents et au moins un système électromécanique micronique de type MEMS.
5. Antenne selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que lesdits moyens de combinaison (MC) comprennent une ligne de transmission (LT1) présentant des ramifications (R1) couplées auxdits éléments rayonnants (ER) de manière à collecter en parallèle les signaux présentant ladite première polarisation et conformées de manière à définir ladite première loi de phase.
6. Antenne selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que lesdits moyens de combinaison (MC) comprennent une ligne de transmission (LT1) constituée de portions de ligne (P) raccordant lesdits éléments rayonnants (ER) les uns aux autres, de manière à collecter en série les signaux présentant ladite première polarisation et conformées de manière à définir ladite première loi de phase.
7. Antenne selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que lesdits moyens de distribution (MD) comprennent une ligne de transmission (LT2) présentant des ramifications (R2) couplées auxdits éléments rayonnants (ER) de manière à distribuer en parallèle les signaux déphasés et conformées de manière à définir ladite seconde loi de phase.
8. Antenne selon l'une des revendications 1, à 6, caractérisée en ce que lesdits moyens de distribution (MD) comprennent une ligne de transmission constituée de portions de lignes (P) raccordant lesdits éléments rayonnants (ER) les uns aux autres de manière à distribuer en série les signaux déphasés et conformées de manière à définir ladite seconde loi de phase.
9. Antenne selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que chaque sous-réseau (SR) est de type planaire.
10. Antenne selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que chaque sous-réseau (SR) est de type linéaire, ses éléments rayonnants (ER) étant alignés suivant une direction choisie (OX).
11. Antenne selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisée en ce que lesdits sous-réseaux (SR) sont installés en parallèle de manière à
constituer une bande d'au moins deux sous-réseaux.
constituer une bande d'au moins deux sous-réseaux.
12. Antenne selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux bandes (B) parallèles entre elles.
13. Antenne selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que lesdits éléments rayonnants (ER) sont agencés pour collecter des signaux présentant lesdites première et seconde polarisations choisies, et en ce qu'elle comprend des premiers moyens de sélection de phase (MCT), intercalés entre lesdits éléments rayonnants (ER) et lesdits moyens de combinaison (MC), et des seconds moyens de sélection de polarisation (MCT), intercalés entre lesdits moyens de distribution(MD) et lesdits éléments rayonnants (ER), lesdits premier et second moyens de sélection de polarisation étant agencés de manière à sélectionner sur ordre l'une desdites première et seconde polarisations, de sorte que ladite antenne (A) puisse fonctionner selon deux modes de polarisation différents.
14. Antenne selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que lesdits éléments rayonnants (ER) sont agencés pour collecter des signaux présentant lesdites première et seconde polarisations choisies, et comportent des moyens de sélection de polarisation (MS) agencés de manière à sélectionner sur ordre l'une desdites première et seconde polarisations; de sorte que ladite antenne (A) puisse fonctionner selon deux modes de polarisation différents.
15. Antenne selon l'une des revendications 5 à 14, caractérisée en ce que chaque ligne de transmission (LT1, LT2) est réalisée dans une technologie choisie dans un groupe comprenant au moins une technologie microruban, une technologie coplanaire et une technologie triplaque.
16. Antenne selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisée en ce que lesdits éléments rayonnants (ER) sont choisis dans un groupe comprenant des structures multicouches à pavés radiatifs, des résonateurs microruban, des fentes et des résonateurs diélectriques.
17. Antenne selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisée en ce que lesdits éléments rayonnants (ER) sont couplés auxdits moyens de combinaison (MC) et: auxdits moyens de distribution (MD) par contact direct.
18. Antenne selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisée en ce que lesdits éléments rayonnants (ER) sont couplés de façon électromagnétique auxdits moyens de combinaison (MC) et auxdits moyens de distribution (MD).
19. Antenne selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisée en ce que chaque sous-réseau (SR) comprend des moyens d'amplification (LNA, HPA) agencés de manière à amplifier lesdites ondes sommées avant qu'elles ne soient émises et/ou une fois collectées.
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