EP2416449A1 - Parabolic-reflector antenna - Google Patents

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Publication number
EP2416449A1
EP2416449A1 EP11176114A EP11176114A EP2416449A1 EP 2416449 A1 EP2416449 A1 EP 2416449A1 EP 11176114 A EP11176114 A EP 11176114A EP 11176114 A EP11176114 A EP 11176114A EP 2416449 A1 EP2416449 A1 EP 2416449A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna
reflector
groove
antenna according
traps
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11176114A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Armel Le Bayon
Denis Tuau
Jean-Christophe Louvigne
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alcatel Lucent SAS
Original Assignee
Alcatel Lucent SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alcatel Lucent SAS filed Critical Alcatel Lucent SAS
Publication of EP2416449A1 publication Critical patent/EP2416449A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H01Q15/16—Reflecting surfaces; Equivalent structures curved in two dimensions, e.g. paraboloidal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/02—Details
    • H01Q19/021—Means for reducing undesirable effects
    • H01Q19/022—Means for reducing undesirable effects for reducing the edge scattering of reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/02—Details
    • H01Q19/021—Means for reducing undesirable effects
    • H01Q19/026—Means for reducing undesirable effects for reducing the primary feed spill-over
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/12—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave
    • H01Q19/13—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave the primary radiating source being a single radiating element, e.g. a dipole, a slot, a waveguide termination

Definitions

  • the present invention relates to a parabolic reflector telecommunication antenna, used in particular for mobile communication networks. These antennas operate indifferently in transmitter mode or in receiver mode, corresponding to two opposite directions of RF wave propagation. It should be noted that all the reasonings apply to the antennas as well in reception as in emission.
  • the invention relates to a microwave antenna with a parabolic reflector. The invention applies both to dual reflector antennas and antennas having only one reflector.
  • a conventional radiating aperture antenna comprises a reflector having a concavity, for example having the form of a paraboloid of revolution about the axis of symmetry of the antenna, and a feeding device located along the axis of the antenna. symmetry of the antenna transmitting the electromagnetic waves emitted or received by the antenna.
  • the end of the radiofrequency waveguide is at the focus of the reflector.
  • the waveguide is inserted into an orifice on the axis of the reflector, and its end is bent 180 ° to face the reflector.
  • the maximum half-angle of radiation at the folded end of the waveguide to illuminate the reflector is small, of the order of 70 °.
  • the distance between the reflector and the end of the waveguide must therefore be large enough to illuminate the entire surface of the reflector.
  • the value of the diameter D is determined by the central working frequency of the antenna.
  • the F / D ratio is of the order of 0.36.
  • F is the focal length of the reflector (distance between the top of the reflector and its focus)
  • D is the diameter of the reflector.
  • a parabolic antenna with a low F / D value of less than or equal to 0.25, for example around 0.17 (“deep dish” in English), has a more absorbent skirt. short than the shallow reflector antenna. Nevertheless, the field on the edge of the antenna is higher in the case of a deep dish antenna. Due to the very short height of the skirt, the field level on the edge of the antenna is close to the field level at the end of the parabolic reflector (about 2 dB at 3 dB gap). In the case of a shallow reflector antenna, the difference is higher and about 10 dB. Distribution currents may appear on the edge of the antenna and disturb the forward / backward ratio of the radiation pattern by the appearance of wave diffraction on the peripheral edge of the antenna. The values of the radiation pattern exceed the maximum values allowed by the ETSI class 3 mask.
  • the object of the present invention is to propose a parabolic reflector microwave antenna in which the diffraction of the waves appearing on the outer peripheral edge of the antenna has been substantially reduced.
  • the invention also aims to provide a parabolic reflector antenna whose front / rear ratio is improved.
  • the invention also aims to provide a parabolic reflector antenna requiring a skirt of lesser height.
  • the object of the present invention is an antenna comprising a parabolic reflector, provided with a skirt, cooperating with a means for emitting incident radiation in the direction of the reflector.
  • the antenna comprises means for reducing the distribution current appearing on the edge of the antenna, these means being composed of traps having the shape of at least one groove, the side walls of which are arranged perpendicularly to the frontal or lateral external surface. the peripheral edge of the antenna.
  • the traps are even in number and arranged symmetrically.
  • the angle formed by the sector of a trap is preferably of the order of 60 °. More preferably each trap has a shape adapted to the rounding of the peripheral edge of the antenna.
  • each trap has the shape of at least one conductive surface groove.
  • the groove is formed of a material which may be a metal or a metallized plastic.
  • the groove has dimensions of the order of a fraction of the wavelength of the incident radiation.
  • the groove has a depth of the same order of magnitude as its width, and more preferably the width and depth are equal.
  • the groove may have a section selected from a flat-bottom U-shaped section, a U-shaped section with a rounded bottom, and a V-shaped section. Its side walls may be straight or inclined.
  • the present invention reduces the height of the skirt attached to the parabolic reflector, which provides a cost advantage and significant size.
  • the invention can be used in applications such as, for example, the production of terrestrial antennas for receiving a radiofrequency signal emitted by a satellite or the link between two terrestrial antennas, and more generally in any application concerning radiofrequency links.
  • point-to-point in the frequency band from 7 GHz to 40 GHz.
  • the figure 1 is a diagram showing a reflector 1 , having the shape of a parabola arc, disposed facing a waveguide 2 which emits incident radiation 3 towards the reflector 1 .
  • Most of the incident radiation 3 is reflected on the reflector 1 and forms the radiation emitted 4 by the antenna. However, part of the incident radiation 3 is returned in a divergent direction, and causes overflow losses 5 .
  • another part of the incident radiation 3 reaches the edges of the reflector 1, where a diffraction 6 occurs, which increases the field at the rear of the parabolic reflector 1 and contributes to deteriorating the forward / backward ratio.
  • An antenna shown in section on the figure 2 , usually comprises a parabolic reflector 1 provided with a skirt 7, forming a cylindrical wall, internally lined with an absorbent material 8 and closed by a radome 9 .
  • the incident radiation 3 coming from the waveguide 2 is reflected by the reflector 1 in the form of a radiation emitted 4 .
  • the radiation 10 which projects beyond the reflector 1 is absorbed by the absorbent material 8 of the skirt 7 .
  • the characteristic of the radiation pattern of a circular horn waveguide antenna is determined by the mode of transmission of the horn waveguide, which is generally the dominant mode or mode TE 11 . Since the dominant mode TE 11 is asymmetric around the central axis of the horn, the horn antenna radiation pattern is disadvantageously asymmetrical around the central axis. When using a horn-shaped waveguide with a parabolic reflector, the asymmetric radiation characteristic leads to a reduction of the antenna radiation efficiency and a deterioration of the cross-polarization waves.
  • the antenna 30 comprises a reflector 31 surmounted by a skirt 32 closed by a radome 33 plane.
  • the diameter D of the reflector 31 of the antenna 30 is of the order of 2 ft (0.6096 m), and the operating frequency range is between 7 GHz and 14 GHz.
  • One way to reduce the diffraction of the waves appearing on the outer peripheral edge of the antenna is to suppress the current, in particular using quarter-wave traps. These traps have the shape of grooves with dimensions close to a quarter of the wavelength considered.
  • the outer surface of the skirt 32 carries, in lateral position, wave traps 34 with a conductive surface, which may be metallic or made of metallized plastic. As shown on the figure 5 these traps 34 are in the form of grooves whose depth P and the spacing E of the walls of the groove depend on the wavelength ⁇ , the incident RF signal 10 emitted by the waveguide 35 . Preferably, the dimensions E and P of the traps 34 are of the order of ⁇ / 5 at 8 GHz, ie here 8 mm. In this case the traps 34 are in the form of two contiguous parallel grooves with vertical sidewalls arranged perpendicular to the lateral external surface of the skirt 32 . For low frequency operation; it is preferable to use at least two traps 34 .
  • the traps are placed in symmetrical position: they are therefore in even numbers. These traps 34 can be placed on only part of the peripheral rim of the antenna, for example diametrically opposed as shown in FIG. figure 3 , or on the entire circumference of the antenna. When the traps do not cover the entire circumference of the antenna, the angle ⁇ formed by the sector of a trap is of the order of 60 °. For example, for an antenna having a diameter of about 65 cm, this represents a length of about 35 cm for each trap.
  • the shape of the trap must therefore adapt to the roundness of the peripheral edge of the antenna as shown in FIG. figure 3 .
  • the purpose of the traps 34 is to reduce or even eliminate the distribution current 36 on the edge of the antenna 30 in order to reduce the diffraction.
  • the principle of their operation is based on the fact that they produce a phase shift of a part of the wave which is then placed in phase opposition with the main wave and is canceled out.
  • the antenna 40 comprises a reflector 41 surmounted by a skirt 42 closed by a radome 43 .
  • the inner surface of the skirt 42 is coated with an absorbent material 44 .
  • the outer surface of the skirt 42 carries, in the frontal position, wave traps 45 .
  • the traps 45 are in the form of a single groove with vertical lateral walls arranged perpendicularly to the front external surface of the skirt 42 .
  • the angle ⁇ formed by the sector of a trap is of the order of 60 °, when the traps do not cover the entire circumference of the antenna. For example, for an antenna having a diameter of about 65 cm, this represents a length of about 35 cm for each trap.
  • the shape of the trap adopts the rounding of the edge of the antenna.
  • the traps 45 can be fixed on the edge forming the circumference of the radome 43 .
  • traps can be placed both in lateral position and in frontal position on the antenna. The number of traps is not limited.
  • the section of the groove may have a varied shape, for example a U-shaped section with a flat bottom as shown in the drawings.
  • Figures 4 to 6 a U-shaped section with a rounded bottom 50 as on the figure 7a or a V-shaped section 51 like on the figure 7b .
  • the side walls flanking the groove can be straight as shown on the Figures 4 to 6 , or inclined 52 as on the Figure 7c .
  • the side lobes 61 exceeds the ETSI standard.
  • the side lobes 62 of an antenna provided with traps according to one embodiment of the invention are very clearly reduced. This shows that the traps are an effective means of reducing the diffraction of the waves appearing on the outer peripheral edge of an antenna.

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Abstract

The antenna (30) has a skirt (32) mounted on a parabolic reflector (31) cooperating with an emission unit i.e. waveguide (35), that emits incident radiation i.e. incident radio-frequency signal (10), towards the reflector. A distribution current reduction unit is arranged on a front or lateral outer surface of a peripheral edge of the antenna, and reduces distribution current appearing on the edge of the antenna. The reduction unit comprises quarter-wave traps (34) that are in the form of conductive surface throats, where the throats are made from metal or moralized plastic.

Description

La présente invention se rapporte à une antenne de télécommunication à réflecteur parabolique, utilisée notamment pour les réseaux de communication mobile. Ces antennes fonctionnent indifféremment en mode transmetteur ou en mode récepteur, correspondant à deux sens opposés de propagation des ondes RF. II faut noter que tous les raisonnements s'appliquent aux antennes aussi bien en réception qu'en émission. L'invention concerne en particulier une antenne de type microonde à réflecteur parabolique. L'invention s'applique aussi bien aux antennes à double réflecteur qu'aux antennes n'ayant qu'un réflecteur.The present invention relates to a parabolic reflector telecommunication antenna, used in particular for mobile communication networks. These antennas operate indifferently in transmitter mode or in receiver mode, corresponding to two opposite directions of RF wave propagation. It should be noted that all the reasonings apply to the antennas as well in reception as in emission. In particular, the invention relates to a microwave antenna with a parabolic reflector. The invention applies both to dual reflector antennas and antennas having only one reflector.

Une antenne à ouverture rayonnante conventionnelle comprend un réflecteur présentant une concavité, ayant par exemple la forme d'un paraboloïde de révolution autour de l'axe de symétrie de l'antenne, et un dispositif d'alimentation situé le long de l'axe de symétrie de l'antenne transmettant les ondes électromagnétiques émises ou reçues par l'antenne.A conventional radiating aperture antenna comprises a reflector having a concavity, for example having the form of a paraboloid of revolution about the axis of symmetry of the antenna, and a feeding device located along the axis of the antenna. symmetry of the antenna transmitting the electromagnetic waves emitted or received by the antenna.

L'extrémité du guide d'onde radiofréquence se trouve au foyer du réflecteur. Le guide d'onde est inséré dans un orifice situé sur l'axe du réflecteur, et son extrémité est repliée à 180° afin de faire face au réflecteur. Le demi-angle maximum de rayonnement à l'extrémité repliée du guide d'onde pour éclairer le réflecteur est faible, de l'ordre de 70°. La distance entre le réflecteur et l'extrémité du guide d'onde doit donc être suffisamment importante pour permettre d'éclairer la totalité de la surface du réflecteur. Dans ces antennes à réflecteur parabolique, la valeur du diamètre D est déterminée par la fréquence centrale de travail de l'antenne. Plus la fréquence de travail de l'antenne est basse (par exemple 7,1 GHz ou 10 GHz) et plus le diamètre du réflecteur est important à gain d'antenne équivalent : il faut alors que l'extrémité du guide d'onde soit très éloignée du réflecteur pour bien l'éclairer (mode émission), et l'antenne devient donc d'autant plus encombrante que la fréquence de travail est basse.The end of the radiofrequency waveguide is at the focus of the reflector. The waveguide is inserted into an orifice on the axis of the reflector, and its end is bent 180 ° to face the reflector. The maximum half-angle of radiation at the folded end of the waveguide to illuminate the reflector is small, of the order of 70 °. The distance between the reflector and the end of the waveguide must therefore be large enough to illuminate the entire surface of the reflector. In these parabolic reflector antennas, the value of the diameter D is determined by the central working frequency of the antenna. The lower the working frequency of the antenna (for example 7.1 GHz or 10 GHz) and the greater the diameter of the reflector is important at equivalent antenna gain: it is then necessary that the end of the waveguide is very far from the reflector to illuminate it well (emission mode), and the antenna becomes more cumbersome as the working frequency is low.

Pour les antennes à réflecteur peu profond (« shallow reflector » en anglais), le rapport F/D est de l'ordre de 0,36. Dans ce rapport, F est la distance focale du réflecteur (distance entre le sommet du réflecteur et son foyer) et D est le diamètre du réflecteur. Ces antennes présentent des pertes par débordement (« spillover » en anglais) qui sont élevées et diminuent le rapport avant/arrière (« front-to-back ratio » en anglais) de l'antenne. En outre une diffraction des ondes apparaît à partir sur le bord périphérique de l'antenne et augmente le champ à l'arrière du réflecteur parabolique.For the shallow reflector antennas ("shallow reflector" in English), the F / D ratio is of the order of 0.36. In this report, F is the focal length of the reflector (distance between the top of the reflector and its focus) and D is the diameter of the reflector. These antennas have spillover losses which are high and reduce the front-to-back ratio of the antenna. In addition, wave diffraction appears from the peripheral edge of the antenna and increases the field at the rear of the parabolic reflector.

Les pertes par débordement, exprimées en dB, conduisent à une pollution de l'environnement par les ondes RF et doivent être limitées à des niveaux définis par des normes. Afin de limiter notamment le rayonnement latéral, une solution habituelle est d'attacher à la périphérie du réflecteur primaire une jupe (« shroud » en anglais qui a la forme d'un cylindre, de diamètre voisin de celui du réflecteur primaire et de hauteur convenable, revêtu intérieurement d'une couche absorbant le rayonnement RF. Outre l'encombrement qui en résulte, cette solution connue présente l'inconvénient aujourd'hui gênant du coût du matériau de la jupe, ainsi que du coût d'assemblage de cette jupe sur le réflecteur.Overflow losses, expressed in dB, lead to environmental pollution by RF waves and must be limited to levels defined by standards. In order to limit lateral radiation in particular, a usual solution is to attach to the periphery of the primary reflector a skirt ("shroud" in English which has the shape of a cylinder, of diameter close to that of the primary reflector and of suitable height In addition to the resulting bulk, this known solution has the disadvantage of the cost of the material of the skirt, as well as the cost of assembling this skirt on the inside. the reflector.

Avec des performances similaires du diagramme de rayonnement, une antenne parabolique avec une faible valeur du rapport F/D inférieur ou égal à 0,25, par exemple autour de 0,17 (« deep dish » en anglais), a une jupe absorbante plus courte que l'antenne à réflecteur peu profond. Néanmoins, le champ sur le bord de l'antenne est plus élevé dans le cas d'une antenne parabolique profonde. En raison de la hauteur très courte de la jupe, le niveau du champ sur le bord de l'antenne est proche du niveau du champ à l'extrémité du réflecteur parabolique (environ 2 dB à 3 dB d'écart). Dans le cas d'une antenne à réflecteur peu profond, l'écart est plus élevé et d'environ 10 dB. Des courants de distribution peuvent apparaître sur le bord de l'antenne et perturber le rapport avant/arrière du diagramme de rayonnement par l'apparition de diffraction des ondes sur le bord périphérique de l'antenne. Les valeurs du diagramme de rayonnement excèdent les valeurs maximales autorisées par le gabarit de la classe 3 ETSI.With similar performance of the radiation pattern, a parabolic antenna with a low F / D value of less than or equal to 0.25, for example around 0.17 ("deep dish" in English), has a more absorbent skirt. short than the shallow reflector antenna. Nevertheless, the field on the edge of the antenna is higher in the case of a deep dish antenna. Due to the very short height of the skirt, the field level on the edge of the antenna is close to the field level at the end of the parabolic reflector (about 2 dB at 3 dB gap). In the case of a shallow reflector antenna, the difference is higher and about 10 dB. Distribution currents may appear on the edge of the antenna and disturb the forward / backward ratio of the radiation pattern by the appearance of wave diffraction on the peripheral edge of the antenna. The values of the radiation pattern exceed the maximum values allowed by the ETSI class 3 mask.

La présente invention a pour but de proposer une antenne microonde à réflecteur parabolique dans laquelle la diffraction des ondes apparaissant sur le bord périphérique extérieur de l'antenne a été sensiblement réduite.The object of the present invention is to propose a parabolic reflector microwave antenna in which the diffraction of the waves appearing on the outer peripheral edge of the antenna has been substantially reduced.

L'invention a aussi pour but de proposer une antenne à réflecteur parabolique dont le rapport avant/arrière est amélioré.The invention also aims to provide a parabolic reflector antenna whose front / rear ratio is improved.

L'invention a encore pour but de proposer une antenne à réflecteur parabolique nécessitant une jupe de hauteur moindre.The invention also aims to provide a parabolic reflector antenna requiring a skirt of lesser height.

L'objet de la présente invention est une antenne comportant un réflecteur parabolique, muni d'une jupe, coopérant avec un moyen d'émission d'un rayonnement incident en direction du réflecteur. L'antenne comprend des moyens pour diminuer le courant de distribution apparaissant sur le bord de l'antenne, ces moyens étant composés de pièges ayant la forme d'au moins une gorge dont les parois latérales sont disposées perpendiculairement à la surface extérieure frontale ou latérale du rebord périphérique de l'antenne.The object of the present invention is an antenna comprising a parabolic reflector, provided with a skirt, cooperating with a means for emitting incident radiation in the direction of the reflector. The antenna comprises means for reducing the distribution current appearing on the edge of the antenna, these means being composed of traps having the shape of at least one groove, the side walls of which are arranged perpendicularly to the frontal or lateral external surface. the peripheral edge of the antenna.

De préférence, les pièges sont en nombre pair et disposés symétriquement.Preferably, the traps are even in number and arranged symmetrically.

Lorsque les pièges ne couvrent pas la totalité de la circonférence de l'antenne, l'angle formé par le secteur d'un piège est de préférence de l'ordre de 60°. De préférence encore chaque piège a une forme adaptée à l'arrondi du bord périphérique de l'antenne.When the traps do not cover the entire circumference of the antenna, the angle formed by the sector of a trap is preferably of the order of 60 °. More preferably each trap has a shape adapted to the rounding of the peripheral edge of the antenna.

Selon un mode de réalisation particulier, chaque piège a la forme d'au moins une gorge à surface conductrice. En particulier la gorge est formée d'un matériau qui peut être un métal ou un plastique métallisé.According to a particular embodiment, each trap has the shape of at least one conductive surface groove. In particular the groove is formed of a material which may be a metal or a metallized plastic.

Selon un mode de réalisation préféré, la gorge a des dimensions de l'ordre d'une fraction de la longueur d'onde du rayonnement incident.According to a preferred embodiment, the groove has dimensions of the order of a fraction of the wavelength of the incident radiation.

De préférence, la gorge a une profondeur du même ordre de grandeur que sa largeur, et de préférence encore la largeur et la profondeur sont égales.Preferably, the groove has a depth of the same order of magnitude as its width, and more preferably the width and depth are equal.

La gorge peut avoir une section choisie parmi une section en forme de U à fond plat, une section en forme de U à fond arrondi et une section en forme de V. Ses parois latérales peuvent être droites ou inclinées.The groove may have a section selected from a flat-bottom U-shaped section, a U-shaped section with a rounded bottom, and a V-shaped section. Its side walls may be straight or inclined.

La présente invention permet de réduire la hauteur de la jupe fixée sur le réflecteur parabolique, ce qui procure un avantage de coût et d'encombrement appréciable.The present invention reduces the height of the skirt attached to the parabolic reflector, which provides a cost advantage and significant size.

L'invention est utilisable dans des applications telles que, par exemple, la réalisation d'antennes terrestres permettant de recevoir un signal radiofréquence émis par un satellite ou la liaison entre deux antennes terrestres, et de façon plus générale dans toute application concernant les liaisons radiofréquence point à point dans la bande de fréquence de 7 GHz à 40 GHz.The invention can be used in applications such as, for example, the production of terrestrial antennas for receiving a radiofrequency signal emitted by a satellite or the link between two terrestrial antennas, and more generally in any application concerning radiofrequency links. point-to-point in the frequency band from 7 GHz to 40 GHz.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation, donné bien entendu à titre illustratif et non limitatif, et dans le dessin annexé sur lequel

  • la figure 1 montre schématiquement le trajet du rayonnement reçu par le réflecteur parabolique,
  • la figure 2 représente en coupe schématique une antenne à réflecteur parabolique muni d'une jupe haute selon l'art antérieur,
  • la figure 3 représente une antenne à réflecteur parabolique munie de pièges selon un mode de réalisation de l'invention,
  • la figure 4 est une coupe schématique d'une antenne à réflecteur parabolique selon un mode de réalisation de l'invention,
  • la figure 5 est une vue de détail des pièges selon un premier mode de réalisation de l'invention,
  • la figure 6 est une vue de détail des pièges selon un deuxième mode de réalisation de l'invention,
  • les figures 7a à 7c montrent différente section de gorges,
  • les figures 8a et 8b comparent les diagrammes du rayonnement dans le plan horizontal d'une antenne de l'art antérieur et d'une antenne munie d'un piège selon un mode de réalisation de l'invention ; sur les figures 6a et 6b, l'intensité du rayonnement J en dB est donné en ordonnée, et en abscisse l'angle d'émission/réception β en degrés.
Other characteristics and advantages of the present invention will appear on reading the following description of an embodiment, given of course by way of illustration and not limitation, and in the accompanying drawing in which:
  • the figure 1 schematically shows the path of the radiation received by the parabolic reflector,
  • the figure 2 represents in schematic section a parabolic reflector antenna provided with a high skirt according to the prior art,
  • the figure 3 represents a parabolic reflector antenna provided with traps according to one embodiment of the invention,
  • the figure 4 is a schematic section of a parabolic reflector antenna according to an embodiment of the invention,
  • the figure 5 is a detailed view of the traps according to a first embodiment of the invention,
  • the figure 6 is a detailed view of the traps according to a second embodiment of the invention,
  • the Figures 7a to 7c show different section of throats,
  • the Figures 8a and 8b compare the radiation patterns in the horizontal plane of a prior art antenna and an antenna provided with a trap according to one embodiment of the invention; on the Figures 6a and 6b , the intensity of the radiation J in dB is given in ordinate, and in abscissa the angle of emission / reception β in degrees.

Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence.In these figures, the identical elements bear the same reference numbers.

La figure 1 est un schéma montrant un réflecteur 1, ayant la forme d'un arc de parabole, disposé face à un guide d'onde 2 qui émet un rayonnement incident 3 en direction du réflecteur 1. La plus grande partie du rayonnement incident 3 est réfléchie sur le réflecteur 1 et forme le rayonnement émis 4 par l'antenne. Cependant une partie du rayonnement incident 3 est renvoyé dans une direction divergente, et provoque des pertes par débordement 5. En outre une autre partie du rayonnement incident 3 atteint les bords du réflecteur 1 où se produit une diffraction 6, ce qui augmente le champ à l'arrière du réflecteur parabolique 1 et contribue à détériorer le rapport avant/arrière.The figure 1 is a diagram showing a reflector 1 , having the shape of a parabola arc, disposed facing a waveguide 2 which emits incident radiation 3 towards the reflector 1 . Most of the incident radiation 3 is reflected on the reflector 1 and forms the radiation emitted 4 by the antenna. However, part of the incident radiation 3 is returned in a divergent direction, and causes overflow losses 5 . In addition, another part of the incident radiation 3 reaches the edges of the reflector 1, where a diffraction 6 occurs, which increases the field at the rear of the parabolic reflector 1 and contributes to deteriorating the forward / backward ratio.

Une antenne, représentée en coupe sur la figure 2, comprend habituellement un réflecteur parabolique 1 muni d'une jupe 7, formant une paroi cylindrique, revêtue intérieurement d'un matériau absorbant 8 et fermée par un radôme 9. Le rayonnement incident 3 issu du guide d'onde 2 est réfléchi par le réflecteur 1 sous forme d'un rayonnement émis 4. Le rayonnement 10 qui déborde du réflecteur 1 est absorbé par le matériau absorbant 8 de la jupe 7.An antenna, shown in section on the figure 2 , usually comprises a parabolic reflector 1 provided with a skirt 7, forming a cylindrical wall, internally lined with an absorbent material 8 and closed by a radome 9 . The incident radiation 3 coming from the waveguide 2 is reflected by the reflector 1 in the form of a radiation emitted 4 . The radiation 10 which projects beyond the reflector 1 is absorbed by the absorbent material 8 of the skirt 7 .

La caractéristique du diagramme de rayonnement d'une antenne à guide d'ondes en forme de cornet circulaire (« horn » en anglais) est déterminée par le mode de transmission du guide d'ondes en cornet, qui est généralement le mode dominant ou mode TE11. Puisque le mode dominant TE11 est asymétrique autour de l'axe central du cornet, le diagramme de rayonnement de l'antenne cornet est désavantageusement asymétrique autour de l'axe central. Lors de l'utilisation d'un guide d'ondes en forme de cornet avec un réflecteur parabolique, la caractéristique de rayonnement asymétrique conduit à une réduction de l'efficacité de rayonnement de l'antenne et en une détérioration des ondes de polarisation croisée.The characteristic of the radiation pattern of a circular horn waveguide antenna ("horn") is determined by the mode of transmission of the horn waveguide, which is generally the dominant mode or mode TE 11 . Since the dominant mode TE 11 is asymmetric around the central axis of the horn, the horn antenna radiation pattern is disadvantageously asymmetrical around the central axis. When using a horn-shaped waveguide with a parabolic reflector, the asymmetric radiation characteristic leads to a reduction of the antenna radiation efficiency and a deterioration of the cross-polarization waves.

Dans un premier mode de réalisation de l'invention illustré sur les figures 3 à 5, l'antenne 30 comprend un réflecteur 31 surmonté d'une jupe 32 fermée par un radôme 33 plan. Dans le cas présent, le diamètre D du réflecteur 31 de l'antenne 30 est de l'ordre de 2 ft (0.6096 m), et le domaine de fréquence d'opération est compris entre 7 GHz et 14 GHz.In a first embodiment of the invention illustrated on the Figures 3 to 5 , the antenna 30 comprises a reflector 31 surmounted by a skirt 32 closed by a radome 33 plane. In this case, the diameter D of the reflector 31 of the antenna 30 is of the order of 2 ft (0.6096 m), and the operating frequency range is between 7 GHz and 14 GHz.

Un moyen de réduire la diffraction des ondes apparaissant sur le bord périphérique extérieur de l'antenne est de supprimer le courant en utilisant notamment des pièges quart d'onde. Ces pièges ont la forme de gorges avec des dimensions proches du quart de la longueur d'onde considérée.One way to reduce the diffraction of the waves appearing on the outer peripheral edge of the antenna is to suppress the current, in particular using quarter-wave traps. These traps have the shape of grooves with dimensions close to a quarter of the wavelength considered.

La surface externe de la jupe 32 porte, en position latérale, des pièges à ondes 34 à surface conductrice, qui peuvent être métalliques ou en plastique métallisé. Comme montré sur la figure 5, ces pièges 34 sont en forme de gorges dont la profondeur P et l'écartement E des parois de la gorge dépendent de la longueur d'onde λ, du signal RF incident 10 émit par le guide d'onde 35. De préférence, les dimensions E et P des pièges 34 sont de l'ordre de λ/5 à 8 GHz, soit ici 8 mm. Dans le cas présent les pièges 34 ont la forme de deux gorges parallèles contigües à parois latérales verticales disposées perpendiculairement à la surface externe latérale de la jupe 32. Pour un fonctionnement en basses fréquences; il est préférable d'utiliser au moins deux pièges 34. Les pièges sont placés en position symétrique : ils sont donc en nombre pair..Ces pièges 34 peuvent être placés sur une partie seulement du rebord périphérique de l'antenne, par exemple diamétralement opposé comme représenté sur la figure 3, ou bien sur la totalité de la circonférence de l'antenne. Lorsque les pièges ne couvrent pas la totalité de la circonférence de l'antenne, l'angle α formé par le secteur d'un piège est de l'ordre de 60°. A titre d'exemple, pour une antenne ayant un diamètre d'environ 65 cm, cela représente une longueur de 35 cm environ pour chaque piège. La forme du piège doit donc s'adapter à l'arrondi du bord périphérique de l'antenne comme le montre la figure 3.The outer surface of the skirt 32 carries, in lateral position, wave traps 34 with a conductive surface, which may be metallic or made of metallized plastic. As shown on the figure 5 these traps 34 are in the form of grooves whose depth P and the spacing E of the walls of the groove depend on the wavelength λ, the incident RF signal 10 emitted by the waveguide 35 . Preferably, the dimensions E and P of the traps 34 are of the order of λ / 5 at 8 GHz, ie here 8 mm. In this case the traps 34 are in the form of two contiguous parallel grooves with vertical sidewalls arranged perpendicular to the lateral external surface of the skirt 32 . For low frequency operation; it is preferable to use at least two traps 34 . The traps are placed in symmetrical position: they are therefore in even numbers. These traps 34 can be placed on only part of the peripheral rim of the antenna, for example diametrically opposed as shown in FIG. figure 3 , or on the entire circumference of the antenna. When the traps do not cover the entire circumference of the antenna, the angle α formed by the sector of a trap is of the order of 60 °. For example, for an antenna having a diameter of about 65 cm, this represents a length of about 35 cm for each trap. The shape of the trap must therefore adapt to the roundness of the peripheral edge of the antenna as shown in FIG. figure 3 .

Les pièges 34 ont pour rôle de réduire, voire de supprimer, le courant de distribution 36 sur le bord de l'antenne 30 afin de réduire la diffraction. Le principe de leur fonctionnement est basé sur le fait qu'ils produisent un déphasage d'une partie de l'onde qui est alors placée en opposition de phase avec l'onde principale et vient s'annuler.The purpose of the traps 34 is to reduce or even eliminate the distribution current 36 on the edge of the antenna 30 in order to reduce the diffraction. The principle of their operation is based on the fact that they produce a phase shift of a part of the wave which is then placed in phase opposition with the main wave and is canceled out.

Un deuxième mode de réalisation de l'invention est représenté sur la figure 6. L'antenne 40 comprend un réflecteur 41 surmonté d'une jupe 42 fermée par un radôme 43. La surface interne de la jupe 42 est revêtue d'un matériau absorbant 44. La surface externe de la jupe 42 porte, en position frontale, des pièges à ondes 45. Dans le cas présent les pièges 45 ont la forme d'une seule gorge à parois latérales verticales disposées perpendiculairement à la surface externe frontale de la jupe 42. L'angle α formé par le secteur d'un piège est de l'ordre de 60°, lorsque les pièges ne couvrent pas la totalité de la circonférence de l'antenne. A titre d'exemple, pour une antenne ayant un diamètre d'environ 65 cm, cela représente une longueur de 35 cm environ pour chaque piège. II est donc nécessaire que la forme du piège adopte l'arrondi du bord de l'antenne. Selon un mode de réalisation particulier, les pièges 45 peuvent être fixés sur la bordure formant la circonférence du radôme 43. Bien entendu, des pièges peuvent être placés à la fois en position latérale et en position frontale sur l'antenne. Le nombre de pièges n'est pas limité.A second embodiment of the invention is shown on the figure 6 . The antenna 40 comprises a reflector 41 surmounted by a skirt 42 closed by a radome 43 . The inner surface of the skirt 42 is coated with an absorbent material 44 . The outer surface of the skirt 42 carries, in the frontal position, wave traps 45 . In this case, the traps 45 are in the form of a single groove with vertical lateral walls arranged perpendicularly to the front external surface of the skirt 42 . The angle α formed by the sector of a trap is of the order of 60 °, when the traps do not cover the entire circumference of the antenna. For example, for an antenna having a diameter of about 65 cm, this represents a length of about 35 cm for each trap. It is therefore necessary that the shape of the trap adopts the rounding of the edge of the antenna. According to a particular embodiment, the traps 45 can be fixed on the edge forming the circumference of the radome 43 . Of course, traps can be placed both in lateral position and in frontal position on the antenna. The number of traps is not limited.

La section de la gorge peut avoir une forme variée, par exemple une section en forme de U à fond plat comme représenté sur les figures 4 à 6, une section en forme de U à fond arrondi 50 comme sur la figure 7a ou une section en forme de V 51 comme sur la figure 7b. Les parois latérales encadrant la gorge peuvent être droites comme représenté sur les figures 4 à 6, ou inclinées 52 comme sur la figure 7c.The section of the groove may have a varied shape, for example a U-shaped section with a flat bottom as shown in the drawings. Figures 4 to 6 , a U-shaped section with a rounded bottom 50 as on the figure 7a or a V-shaped section 51 like on the figure 7b . The side walls flanking the groove can be straight as shown on the Figures 4 to 6 , or inclined 52 as on the Figure 7c .

On considérera maintenant les figures 8a et 8b qui illustre les diagrammes du rayonnement d'une antenne. Sur ces deux figures, la ligne continue 60 de référence représente le profil standard correspondant au modèle classe 3 ETSI.We will now consider Figures 8a and 8b which illustrates the diagrams of the radiation of an antenna. In these two figures, the continuous line 60 of reference represents the standard profile corresponding to the model class 3 ETSI.

Sur la figure 6a relative à une antenne de l'art antérieur, les lobes latéraux 61 dépasse la norme ETSI. Comparativement, les lobes latéraux 62 d'une antenne munie de pièges selon un mode de réalisation de l'invention sont très nettement diminués. Cela montre que les pièges sont un moyen efficace de réduire la diffraction des ondes apparaissant sur le bord périphérique extérieur d'une antenne.On the figure 6a relative to an antenna of the prior art, the side lobes 61 exceeds the ETSI standard. In comparison, the side lobes 62 of an antenna provided with traps according to one embodiment of the invention are very clearly reduced. This shows that the traps are an effective means of reducing the diffraction of the waves appearing on the outer peripheral edge of an antenna.

Claims (10)

Antenne comportant un réflecteur (31) parabolique, muni d'une jupe (32), coopérant avec un moyen d'émission (35) d'un rayonnement incident en direction du réflecteur (31), comprenant des moyens (34) pour diminuer le courant de distribution apparaissant sur le bord de l'antenne (30), caractérisé en ce que ces moyens (34) sont composés de pièges (35, 45) ayant la forme d'au moins une gorge dont les parois latérales sont disposées perpendiculairement à la surface extérieure frontale ou latérale du rebord périphérique de l'antenne (30).Antenna comprising a parabolic reflector (31), provided with a skirt (32), cooperating with an emission means (35) for incident radiation towards the reflector (31), comprising means (34) for reducing the distribution current appearing on the edge of the antenna (30), characterized in that these means (34) are composed of traps (35, 45) having the shape of at least one groove whose side walls are arranged perpendicularly to the front or side outer surface of the peripheral rim of the antenna (30). Antenne selon la revendication 1, dans laquelle les pièges (34, 45) sont en nombre pair et disposés symétriquement.Antenna according to claim 1, wherein the traps (34, 45) are even in number and arranged symmetrically. Antenne selon l'une des revendications 1 et 2, dans laquelle chaque piège a une forme adaptée à l'arrondi du bord périphérique de l'antenne.Antenna according to one of claims 1 and 2, wherein each trap has a shape adapted to the rounding of the peripheral edge of the antenna. Antenne selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'angle α formé par le secteur d'un piège (34, 45) est de l'ordre de 60°.Antenna according to one of the preceding claims, wherein the angle α formed by the sector of a trap (34, 45) is of the order of 60 °. Antenne selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la gorge a une surface conductrice.Antenna according to one of the preceding claims, wherein the groove has a conductive surface. Antenne selon la revendication 5, dans laquelle la gorge est métallique ou en plastique métallisé.Antenna according to claim 5, wherein the groove is metallic or metallized plastic. Antenne selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la gorge a des dimensions de l'ordre d'une fraction de la longueur d'onde du rayonnement incident (3).Antenna according to one of the preceding claims, wherein the groove has dimensions of the order of a fraction of the wavelength of the incident radiation (3). Antenne selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la gorge a une profondeur P du même ordre de grandeur que sa largeur E.Antenna according to one of the preceding claims, wherein the groove has a depth P of the same order of magnitude as its width E. Antenne selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la gorge a une section choisie parmi une section en forme de U à fond plat, une section en forme de U à fond arrondi et une section en forme de V.Antenna according to one of the preceding claims, wherein the groove has a section selected from a flat-bottom U-shaped section, a U-shaped section with a rounded bottom and a V-shaped section. Antenne selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la gorge a des parois latérales droites ou inclinées.Antenna according to one of the preceding claims, wherein the groove has straight or inclined side walls.
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