CA2044903C - Antenne a balayage par variation de frequence - Google Patents
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- Aerials With Secondary Devices (AREA)
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
Cette antenne comprend des dispositifs excitateurs pour produire une onde électromagnétique plane de fréquence donnée, variable autour d'une fréquence centrale f0, et des dispositifs rayonnants recevant l'onde plane produite par ces dispositifs excitateurs et faisant subir à celle-ci une pluralité de réflexions successives, ces dispositifs comprenant des dispositifs pour laisser fuir vers l'extérieur une fraction de l'onde plane après chacun des rebonds successifs afin de lui permettre de rayonner vers l'extérieur. Le déphasage de l'onde entre deux rebonds varie en fonction de la fréquence de cette onde et l'ensemble des ondes rayonnées ainsi produites présente donc un déphasage relatif déterminé, variable en fonction de la fréquence de l'onde engendrée par les dispositifs excitateurs et définissant une émission présentant un lobe principal d'orientation elle-même variable en fonction de ladite fréquence. Les dispositifs rayonnants comprennent de préférence deux surfaces en visà-vis, l'une formant surface de masse et l'autre formant surface frontale rayonnante perméable aux ondes électromagnétiques, et des dispositifs pour introduire l'onde plane entre les deux surfaces avec un angle d'incidence prédéterminé. La présente invention peut être appliquée notamment aux antennes de radiocommunication embarquées à bord de satellites.
Description
2044~03 Antenne à balayage par variatioIl de fréquence La pr~sente invention concerne une antenne à balayage par variation de fréquence, c'est-à-dire une antenne émettant (ou rece-vant) une onde électromagnétique selon un diagramme dont le lobe principal présente une orientation donnée, variable en fonction de la fréquence de l'onde rayonnée (ou reçue) par l'antenne.
On peut ainsi r~aliser par voie électronique un balayage pure-ment statique, simplement en sélectionnant la fréquence précise 0 appliquée à l'antenne, chaque fréquence ainsi sélectionnable corres-pondant à une direction principale d'émission déterminée.
On connalt diverses structures permettant de réaliser une telle fonction, notamment les structures à ~uides d'onde telles que celles décrites dans l'ouvrage de M. Skolnik intitulé Radar Handbook, 1970, notamment le chapitre 13 intitulé Frequency-ScannedArrays, par Irving W. Hammer, qui décrit notamment des réseaux à fentes et des structures à éléments rayonnants repliés permettant de réali-ser un tel balayage électronique par variation de fréquences.
on décrit dans le brevet français publié le 27 avril 1984 sous le no. 2,535,120, au nom de la Demanderesse, un élément réflecteur sensible à la fréquence qui, placé devant un projecteur d'onde tel qu'un cornet émetteur, réfléchit l'onde incidente dans une direction variant en fonction de la fréquence de cette onde.
Ces dispositifs présentent cependant tous un certain nombre d'inconvénients communs, à savoir que:
--la capacité de balayage (c'est-à-dire l'amplitude de la valiation angulaire de la direction du lobe principal, en fonction de la variation relative maximale de fréquence) est en général très limitée, et insuffisante dans de nombreuses applications;
la --la structure est toujours complexe du point de vue mécanique et radioélectrique, ce qui rend sa mise au point délicate et sa fablication dif~lcile, donc coûteuse;
--ces structures complexes sont généralement massives et vo]u-mineuses, ce qui les rend peu appropriées à un usage comme antennes embarquées de satellite; et ,. . .
--la forme du diagramme produit est telle que, lorsque l'on change de fréquence, le niveau de recouvrement entre deux faisceaux successifs (c'est-à-dire le niveau dans une direction située à mi-distance des directions principales d'émission de ces deux faisceaux) est généralement assez bas, ce qui rend difficile la couverture continue d'une zone géographique don-née.
L'invention a pour objet une antenne à balayage de fréquence qui remédie à l'ensemble de ces inconvénients, rendant ainsi celle-ci parfaitement appropriée à un usage comme antenne embarquée de satellite, notamment comme antenne de radiocommunications par satellite.
On verra en effet que l'antenne de l'invention est, du point de vue mécanique, de structure à la fois simple, compacte et légère, toutes caractéristiques particulièrement souhaitables pour une utilisation à bord d'un satellite.
On verra par ailleurs, en ce qui concerne la capacité de balayage en fonction de la fréquence, que la structure proposée présente une sensibilité élevée à la fréquence, c'est-à-dire que, pour une faible variation de fréquence, l'amplitude du balayage est relativement éle-vée.
Cette caractéristique est particulièrement avantageuse du fait que l'excursion de fréquence permise est généralement limitée par les caractéristiques propres de l'émetteur et de la largeur de bande allouée--typiquement de l'ordre de +2,5% autour de la fréquence centrale, dans le domaine des hyperfréquences tel que les bandes 30/20 GHz utilisées pour les communications par satellite. L'excur-sion en fréquence étant ainsi limitée, il est donc souhaitable de pou-voir couvrir la zone géographique la plus large possible en restant dans ces limites de fréquences--caractéristique que permet précisé-ment la présente invention, avec en outre la possibilité de détermi-ner aisément à la construction, par un choix de paramètres géomé-triques simples, la sensibilité à la fréquence la plus appropriée compte tenu de la couverture géographique souhaitée.
On verra également que l'antenne de l'invention est parfaitement compatible avec un certain nombre de contraintes habituelles telles que:
- la possibilité de rayonner des puissances importantes avec un rendement élevé;
- le respect de la linéarité de la polarisation;
- une polarisation circulaire optionnelle;
- une structure robuste, susceptible de résister aux contraintes sévères de l'environnement spatial; et lo - la plus grande insensibilité possible aux variations de température, compte tenu notamment des cycles thermiques de très grande amplitude rencontrés en environnement spatial.
La présente invention vise une antenne pour rayonner une onde électromagnétique ayant une fréquence donnée et émise à partir d'un excitateur, une orientation d'émission de l'antenne étant commandable en variant la fréquence de l'onde électromagnétique autour d'une fréquence centrale Fo et d'une longueur d'onde Ao de 0 fonctionnement de l'antenne, comprenant:
des moyens rayonnants pour recevoir à une entrée une onde électromagnétique plane ayant une fréquence f et une longueur d'onde A, et pour faire subir à ladite onde électromagnétique plane une pluralité de réflexions successives à l'intérieur desdits moyens rayonnants, lesdits moyens rayonnants incluant des première et seconde surfaces de réflexions parallèles en vis-à-vis, la première surface formant une surface de masse reliée à la masse et servant de plan de référence contre lequel un angle d'incidence d'une onde électromagnétique s'introduisant dans ladite entrée des moyens rayonnants est mesuré, les première et seconde surfaces de réflexions étant séparées par une distance h plus grande que la longueur d'onde A de C
3a l'onde électromagnétique plane causant ainsi un déphasage de l'onde électromagnétique plane entre deux rebonds consécutifs sur la seconde surface de réflexions, le déphasage de l'onde électromagnétique plane entre deux rebonds consécutifs variant en fonction de la fréquence f et de la longueur d'onde A de l'onde électromagnétique plane, la seconde surface de réflexions étant une surface frontale rayonnante perméable à une onde électromagnétique permettant à une partie de l'onde électromagnétique plane réfléchie entre les première et seconde surfaces de réflexions d'être rayonnée vers l'extérieur après des réflexions prédéterminées de facon à générer une série d'ondes rayonnées à partir des moyens rayonnants, la série d'ondes rayonnées définissant un diagramme de transmission ayant un lobe principal présentant une orientation variable en fonction de la fréquence f et de la longueur d'onde A;
un organe réflecteur focalisant pour recevoir une onde électromagnétique à une entrée et réfléchir ladite onde électromagnétique qui constitue alors ladite onde électromagnétique plane dans l'entrée desdits moyens rayonnants selon un angle d'incidence prédéterminé a vers ladite première surface de réflexions, ledit organe réflecteur focalisant incluant un réflecteur hyperbolique;
des moyens excitateurs pour recevoir ladite onde électromagnétique depuis l'excitateur à une entrée voisinante d'un point focal du réflecteur hyperbolique et pour diriger ladite onde électromagnétique dans l'entrée de l'organe réflecteur focalisant, lesdits moyens excitateurs comportant des sources constituées par des cornets situés dans un voisinage du point focal, chacune des sources étant légèrement défocalisée par rapport au point focal et décalée dans l'espace par rapport aux autres sources, chacun des cornets pouvant être sélectionné pour coupler une onde électromagnétique de l'excitateur dans les moyens 3b excitateurs pour ainsi réaliser un balayage dans deux directions perpendiculaires en combinant de fac~on appropriée un desdits cornets avec une fréquence de l'onde électromagnétique, la série d'ondes rayonnées ayant un angle de rayonnement ~ défini par l'équation suivante:
~ = arcsin {(m - n(A/~O)co~2a)/(msin ~)}
où:
~ est l'angle de rayonnement du lobe principal par rapport à ladite seconde surface de réflexions;
l est la longueur d'onde de l'onde électromagnétique re,cue par l'excitateur;
Ao est la longueur d'onde de la fréquence centrale pour un fonctionnement de l'antenne selon l'onde électromagnétique re,cue depuis l'excitateur;
a est l'angle d'incidence d'une onde excitatrice de l'onde électromagnétique re,cue dans les moyens rayonnants par rapport au plan de référence; et m et n sont des nombres entiers choisis pour que l'angle de rayonnement ~ soit égal à l'angle d'incidence a à ladite fréquence centrale ayant pour longueur d'onde ~0.
De préférence, les moyens rayonnants de cette structure comprennent deux surfaces en vis-à-vis, l'une formant surface de masse et l'autre formant surface frontale rayonnante perméable aux ondes électromagnétiques, par exemple au moyens de perforations, et des moyens pour introduire l'onde plane entre les deux surfaces avec un angle d'incidence prédéterminé.
Très avantageusement, la perméabilité de la surface frontale est une perméabilité variant sur l'étendue de celle-ci, faible dans les régions proximales, où la densité de puissance de l'onde plane est ., élevée, et élevée dans les régions distales, où cette densité est moindre.
Les moyens excitateurs peuvent de préférence comprendre deux surfaces en vis-à-vis et des moyens émetteurs d'une onde électromagnétique, disposés de manière à diriger cette onde électromagnétique émise entre ces deux surfaces, avec en outre au moins un organe réflecteur focalisant reliant les moyens excitateurs aux moyens réflecteurs.
De préférence, dans un premier mode de réalisation, les surfaces en vis-à-vis des moyens excitateurs et celles des moyens rayonnants s'étendent dans des directions essentiellement parallèles, l'organe réflecteur focalisant étant disposé d'un même côté des moyens excitateurs et des moyens rayonnants, de manière à renvoyer l'onde émise à
cette extrémité des moyens excitateurs vers l'extrémité
adjacente des moyens rayonnants sous ledit angle d'incidence prédéterminé.
De préférence, dans un second mode de réalisation, les surfaces en vis-à-vis des moyens excitateurs et celles des moyens rayonnants s'étendent dans des directions formant entre elles un angle égal à un angle droit augmenté dudit angle d'incidence prédéterminé, de manière à alimenter directement les moyens rayonnants par l'onde plane produite par les moyens excitateurs.
Par ailleurs, pour permettre un balayage bidirec-tionnel, les moyens excitateurs peuvent de préférence comprendre des moyens pour produire sélectivement différents faisceaux présentant une orientation distincte variant dans une direction perpendiculaire à ladite direction de varia-tion du lobe principal en fonction de ladite fréquence.
o On va maintenant décrire en détail l'invention, en référence aux dessins annexés.
.,~
,,~
, 4a La figure 1 montre en perspective, avec l'intérieur partiellement visible, un premier mode de réalisation de l'antenne de l'invention.
La figure 2 est une coupe schématique verticale de 'A: t~
~g ` 2044903 la figure 1 (l'orientation, non limitative, étant simplement définie pour les commodités de la description par rapport aux conventions de la figure).
La figure 3 illustre le fonctionnement de l'antenne de l'invention.
La figure 4 est un diagramme montrant la variation de la direc-tion du lobe principal en fonction de l'angle d'incidence de l'onde dans la partie rayonnante de l'antenne, cette orientation du lobe principal étant donnée pour d*erses valeurs de fréquences autour de la fréquence centrale de fonctionnement de l'antenne.
La figure 5 montre la manière de balayer en deux directions une zone géographique en combinant un choix de fréquence et un choix de cornet d'émission.
La figure 6 donne la direction des premiers lobes secondaires par rapport au lobe principal en fonction des caractéristiques géométri-ques de l'antenne.
la figure 7 est une vue en perspective d'un second mode de réali-sation de l'antenne selon l'invention.
Sur la figure 1, on a représenté un premier exemple de réalisa-tion de l'invention, dans lequel l'antenne à balayage par variation de fréquence comporte deux parties principales, à savoir une partie excitatrice 10 et une partie rayonnante 20.
On décrira essentiellement cette antenne en tant qu'antenne émettrice, mais il est bien entendu, compte tenu du théorème de réciprocité, qu'elle peut aussi bien opérer mutatis mutandis en antenne réceptrice, la structure d'ensemble restant inchangée.
La partie excitatlice 10 comporte au moins une source 11 (sur la figure, on a représenté cinq sources 11a à 11e groupées au voisinage d'un point central A) émettant une onde radioélectrique entre deux faces planes parallèles 12 et 13 (voir coupe de la figure 2), le front d'onde étant perpendiculaire aux plans 12 et 13 et l'onde se propa-geant en direction de l'extrémité de sortie 14 de cette partie excita-tlice.
Pour éviter les réflexions multiples sur les parois, on prévoit si nécessaire, de façon en elle-même connue, un volume absorbant 15 imposant à l'onde produite un trajet unique de la source 11 vers l'extrémité de sortie 14.
On notera que les faces 12, 13 ne sont pas nécessairement planes, mais qu'elles peuvent prendre d'autres configurations (sphé-riques, paraboliques, conformées, etc.) en fonction des besoins.
Par ailleurs, les sources 11 peuvent etre non seulement des cor-nets, comme on l'a représenté, mais tout autre type d'éléments rayonnants connus tels que des éléments imprimés, des éléments rayonnants filaires, etc. Par ailleurs, les sources multiples 11a à
11e, ne sont pas toutes nécessairement identiques, et ne sont pas nécessairement réparties selon un réseau régulier.
La partie rayonnante 20, quant à elle, comprend deux surfaces parallèles 21, 22 qui, dans l'exemple représenté, sont des surfaces planes; la surface 21 constitue un plan de masse et la surface 22 constitue une surface rayonnante frontale.
On notera ici encore que ces deux surfaces parallèles 21, 22 ne sont pas nécessairement planes, mais qu'elles peuvent, tout comme les surfaces 12 et 13 de la partie excitatrice 10, être planes, paraboli-ques, sphériques, etc. ou présenter toute autre conformation appro-priée.
L'onde produite par la partie excitatrice 10 est transmise à la partie rayonnante 20 par l'intermédiaire d'un organe réflecteur focalisant 30 constitué de deux réflecteurs focalisants 31 et 32, qui sont tous deux plans dans le plan de balayage fréquentiel et, respec-tivement, hyperboliques et paraboliques dans le plan perpendicu-laire, de manière à produire après réflexion en B, B' et C, C' une onde parfaitement plane à partir de l'onde produite ponctuellement par la source A.
L'onde plane ainsi produite, après réflexion au point C ou C', vient frapper le plan de masse 21 avec un angle d'incidence prédé-terminé a (voir représentation schématique de la figure 3), de sorte que l'onde plane, par un phénomène de réflexions multiples, va rebondir entre les deux plans parallèles 21, 22.
2Q449~3 Comme le plan frontal rayonnant 22 est une surface semi-permé-able aux ondes électromagnétiques, par exemple grâce à des perfora-tions 23 réalisées dans une plaque métallique, chaque fois que l'onde frappera le plan rayonnant frontal 22 une partie de l'énergie de cette onde traversera ce plan et rayonnera vers l'extérieur, le reste de l'énergie se réfléchi~s~qnt en direction du plan de masse 21, où se produira à nouveau une réflexion vers le plan frontal, et ainsi de suite.
La perméabilité de la surface frontale, qui est, dans cet exemple, essentiellement déterminée par la dimension et l'espacement des perforations 23, est telle que cette perméabilité soit faible dans la partie inférieure 24 où la densité d'énergie est la plus élevée (ce qui veut dire que les perforations devront être de petite taille à cet endroit), et élevée dans la partie supérieure 25 où la densité d'éner-gie est la plus faible (ce qui veut dire que les perforations devront être de grande dimension à cet endroit); la loi de variation de la per-méabilité est choisie de telle sorte que, l'énergie de fuite totale tra-versant le plan frontal rayonnant 22 produise la distribution d'amplitude voulue.
Le principe du balayage par variation de fréquence, que l'on va maintenant expliquer en référence à la figure 3, repose sur le fait que le déphasage entre deux rebonds consécutifs sur le plan rayon-nant dépend de la fréquence conformément à la relation suivante:
~> = 2Jr/~. 2h/cosa, ~ étant la longueur d'onde à la fréquence f, h étant l'espacement entre le plan de masse et le plan frontal rayonnant, a étant l'angle d'incidence de l'onde excitatrice, et ~ étant le déphasage (cumulatif) à chaque rebond.
Le paramètre h (espacement entre les deux plans 21 et 22) peut être choisi de manière que les images virtuelles S1, S2, ... du foyer F
après les réflexions successives D1, E1, D2, E2 ... vérifient la relation 35 suivante:
2h cosa = m~0, où m est un entier naturel et ~0 est la longueur d'onde à la fré-quence centrale de fonctionnement de l'antenne.
La distance d entre deux points de réflexion adjacents E1, E2 sur le plan frontal rayonnant peut être définie par la relation suivante:
d = 2htga.
L'angle de rayonnement du lobe principal ~ peut alors être cal-culé d'après l'équation suivante, en elle-même connue:
k.d.sin~ = ~ - n.27~., où k est une constante de propagation et n est un entier naturel.
Par substitution des trois premières équations dans cette der-nière relation, on obtient:
~ = arcsin [ (m - n (~/~0) cos2a) / (m sina) ].
Les entiers n et m seront choisis de manière que l'angle de rayon-nement ~ soit le même que l'angle d'excitation a à la fréquence cen-trale f0, ce qui a lieu lorsque n = m.
L'équation précédente devient alors:
~ = arcsin [ (1 - (f0/f) cos2a) / (sina) ], ce résultat ~ variant avec la fréquence f, comrne on le désirait.
On a présenté sur la figure 4 un réseau de courbes montrant la façon dont la direction du lobe principal varie en fonction, d'une part, de la fréquence f (ou, plus exactement, de la variation relative de fréquence ~f/f0 par rapport à la fréquence centrale f0) et, d'autre part, de l'angle d'incidence a.
Comme on peut le voir, la sensibilité du balayage en fréquence dépend de l'angle d'excitation a, et présente une valeur relativement
On peut ainsi r~aliser par voie électronique un balayage pure-ment statique, simplement en sélectionnant la fréquence précise 0 appliquée à l'antenne, chaque fréquence ainsi sélectionnable corres-pondant à une direction principale d'émission déterminée.
On connalt diverses structures permettant de réaliser une telle fonction, notamment les structures à ~uides d'onde telles que celles décrites dans l'ouvrage de M. Skolnik intitulé Radar Handbook, 1970, notamment le chapitre 13 intitulé Frequency-ScannedArrays, par Irving W. Hammer, qui décrit notamment des réseaux à fentes et des structures à éléments rayonnants repliés permettant de réali-ser un tel balayage électronique par variation de fréquences.
on décrit dans le brevet français publié le 27 avril 1984 sous le no. 2,535,120, au nom de la Demanderesse, un élément réflecteur sensible à la fréquence qui, placé devant un projecteur d'onde tel qu'un cornet émetteur, réfléchit l'onde incidente dans une direction variant en fonction de la fréquence de cette onde.
Ces dispositifs présentent cependant tous un certain nombre d'inconvénients communs, à savoir que:
--la capacité de balayage (c'est-à-dire l'amplitude de la valiation angulaire de la direction du lobe principal, en fonction de la variation relative maximale de fréquence) est en général très limitée, et insuffisante dans de nombreuses applications;
la --la structure est toujours complexe du point de vue mécanique et radioélectrique, ce qui rend sa mise au point délicate et sa fablication dif~lcile, donc coûteuse;
--ces structures complexes sont généralement massives et vo]u-mineuses, ce qui les rend peu appropriées à un usage comme antennes embarquées de satellite; et ,. . .
--la forme du diagramme produit est telle que, lorsque l'on change de fréquence, le niveau de recouvrement entre deux faisceaux successifs (c'est-à-dire le niveau dans une direction située à mi-distance des directions principales d'émission de ces deux faisceaux) est généralement assez bas, ce qui rend difficile la couverture continue d'une zone géographique don-née.
L'invention a pour objet une antenne à balayage de fréquence qui remédie à l'ensemble de ces inconvénients, rendant ainsi celle-ci parfaitement appropriée à un usage comme antenne embarquée de satellite, notamment comme antenne de radiocommunications par satellite.
On verra en effet que l'antenne de l'invention est, du point de vue mécanique, de structure à la fois simple, compacte et légère, toutes caractéristiques particulièrement souhaitables pour une utilisation à bord d'un satellite.
On verra par ailleurs, en ce qui concerne la capacité de balayage en fonction de la fréquence, que la structure proposée présente une sensibilité élevée à la fréquence, c'est-à-dire que, pour une faible variation de fréquence, l'amplitude du balayage est relativement éle-vée.
Cette caractéristique est particulièrement avantageuse du fait que l'excursion de fréquence permise est généralement limitée par les caractéristiques propres de l'émetteur et de la largeur de bande allouée--typiquement de l'ordre de +2,5% autour de la fréquence centrale, dans le domaine des hyperfréquences tel que les bandes 30/20 GHz utilisées pour les communications par satellite. L'excur-sion en fréquence étant ainsi limitée, il est donc souhaitable de pou-voir couvrir la zone géographique la plus large possible en restant dans ces limites de fréquences--caractéristique que permet précisé-ment la présente invention, avec en outre la possibilité de détermi-ner aisément à la construction, par un choix de paramètres géomé-triques simples, la sensibilité à la fréquence la plus appropriée compte tenu de la couverture géographique souhaitée.
On verra également que l'antenne de l'invention est parfaitement compatible avec un certain nombre de contraintes habituelles telles que:
- la possibilité de rayonner des puissances importantes avec un rendement élevé;
- le respect de la linéarité de la polarisation;
- une polarisation circulaire optionnelle;
- une structure robuste, susceptible de résister aux contraintes sévères de l'environnement spatial; et lo - la plus grande insensibilité possible aux variations de température, compte tenu notamment des cycles thermiques de très grande amplitude rencontrés en environnement spatial.
La présente invention vise une antenne pour rayonner une onde électromagnétique ayant une fréquence donnée et émise à partir d'un excitateur, une orientation d'émission de l'antenne étant commandable en variant la fréquence de l'onde électromagnétique autour d'une fréquence centrale Fo et d'une longueur d'onde Ao de 0 fonctionnement de l'antenne, comprenant:
des moyens rayonnants pour recevoir à une entrée une onde électromagnétique plane ayant une fréquence f et une longueur d'onde A, et pour faire subir à ladite onde électromagnétique plane une pluralité de réflexions successives à l'intérieur desdits moyens rayonnants, lesdits moyens rayonnants incluant des première et seconde surfaces de réflexions parallèles en vis-à-vis, la première surface formant une surface de masse reliée à la masse et servant de plan de référence contre lequel un angle d'incidence d'une onde électromagnétique s'introduisant dans ladite entrée des moyens rayonnants est mesuré, les première et seconde surfaces de réflexions étant séparées par une distance h plus grande que la longueur d'onde A de C
3a l'onde électromagnétique plane causant ainsi un déphasage de l'onde électromagnétique plane entre deux rebonds consécutifs sur la seconde surface de réflexions, le déphasage de l'onde électromagnétique plane entre deux rebonds consécutifs variant en fonction de la fréquence f et de la longueur d'onde A de l'onde électromagnétique plane, la seconde surface de réflexions étant une surface frontale rayonnante perméable à une onde électromagnétique permettant à une partie de l'onde électromagnétique plane réfléchie entre les première et seconde surfaces de réflexions d'être rayonnée vers l'extérieur après des réflexions prédéterminées de facon à générer une série d'ondes rayonnées à partir des moyens rayonnants, la série d'ondes rayonnées définissant un diagramme de transmission ayant un lobe principal présentant une orientation variable en fonction de la fréquence f et de la longueur d'onde A;
un organe réflecteur focalisant pour recevoir une onde électromagnétique à une entrée et réfléchir ladite onde électromagnétique qui constitue alors ladite onde électromagnétique plane dans l'entrée desdits moyens rayonnants selon un angle d'incidence prédéterminé a vers ladite première surface de réflexions, ledit organe réflecteur focalisant incluant un réflecteur hyperbolique;
des moyens excitateurs pour recevoir ladite onde électromagnétique depuis l'excitateur à une entrée voisinante d'un point focal du réflecteur hyperbolique et pour diriger ladite onde électromagnétique dans l'entrée de l'organe réflecteur focalisant, lesdits moyens excitateurs comportant des sources constituées par des cornets situés dans un voisinage du point focal, chacune des sources étant légèrement défocalisée par rapport au point focal et décalée dans l'espace par rapport aux autres sources, chacun des cornets pouvant être sélectionné pour coupler une onde électromagnétique de l'excitateur dans les moyens 3b excitateurs pour ainsi réaliser un balayage dans deux directions perpendiculaires en combinant de fac~on appropriée un desdits cornets avec une fréquence de l'onde électromagnétique, la série d'ondes rayonnées ayant un angle de rayonnement ~ défini par l'équation suivante:
~ = arcsin {(m - n(A/~O)co~2a)/(msin ~)}
où:
~ est l'angle de rayonnement du lobe principal par rapport à ladite seconde surface de réflexions;
l est la longueur d'onde de l'onde électromagnétique re,cue par l'excitateur;
Ao est la longueur d'onde de la fréquence centrale pour un fonctionnement de l'antenne selon l'onde électromagnétique re,cue depuis l'excitateur;
a est l'angle d'incidence d'une onde excitatrice de l'onde électromagnétique re,cue dans les moyens rayonnants par rapport au plan de référence; et m et n sont des nombres entiers choisis pour que l'angle de rayonnement ~ soit égal à l'angle d'incidence a à ladite fréquence centrale ayant pour longueur d'onde ~0.
De préférence, les moyens rayonnants de cette structure comprennent deux surfaces en vis-à-vis, l'une formant surface de masse et l'autre formant surface frontale rayonnante perméable aux ondes électromagnétiques, par exemple au moyens de perforations, et des moyens pour introduire l'onde plane entre les deux surfaces avec un angle d'incidence prédéterminé.
Très avantageusement, la perméabilité de la surface frontale est une perméabilité variant sur l'étendue de celle-ci, faible dans les régions proximales, où la densité de puissance de l'onde plane est ., élevée, et élevée dans les régions distales, où cette densité est moindre.
Les moyens excitateurs peuvent de préférence comprendre deux surfaces en vis-à-vis et des moyens émetteurs d'une onde électromagnétique, disposés de manière à diriger cette onde électromagnétique émise entre ces deux surfaces, avec en outre au moins un organe réflecteur focalisant reliant les moyens excitateurs aux moyens réflecteurs.
De préférence, dans un premier mode de réalisation, les surfaces en vis-à-vis des moyens excitateurs et celles des moyens rayonnants s'étendent dans des directions essentiellement parallèles, l'organe réflecteur focalisant étant disposé d'un même côté des moyens excitateurs et des moyens rayonnants, de manière à renvoyer l'onde émise à
cette extrémité des moyens excitateurs vers l'extrémité
adjacente des moyens rayonnants sous ledit angle d'incidence prédéterminé.
De préférence, dans un second mode de réalisation, les surfaces en vis-à-vis des moyens excitateurs et celles des moyens rayonnants s'étendent dans des directions formant entre elles un angle égal à un angle droit augmenté dudit angle d'incidence prédéterminé, de manière à alimenter directement les moyens rayonnants par l'onde plane produite par les moyens excitateurs.
Par ailleurs, pour permettre un balayage bidirec-tionnel, les moyens excitateurs peuvent de préférence comprendre des moyens pour produire sélectivement différents faisceaux présentant une orientation distincte variant dans une direction perpendiculaire à ladite direction de varia-tion du lobe principal en fonction de ladite fréquence.
o On va maintenant décrire en détail l'invention, en référence aux dessins annexés.
.,~
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, 4a La figure 1 montre en perspective, avec l'intérieur partiellement visible, un premier mode de réalisation de l'antenne de l'invention.
La figure 2 est une coupe schématique verticale de 'A: t~
~g ` 2044903 la figure 1 (l'orientation, non limitative, étant simplement définie pour les commodités de la description par rapport aux conventions de la figure).
La figure 3 illustre le fonctionnement de l'antenne de l'invention.
La figure 4 est un diagramme montrant la variation de la direc-tion du lobe principal en fonction de l'angle d'incidence de l'onde dans la partie rayonnante de l'antenne, cette orientation du lobe principal étant donnée pour d*erses valeurs de fréquences autour de la fréquence centrale de fonctionnement de l'antenne.
La figure 5 montre la manière de balayer en deux directions une zone géographique en combinant un choix de fréquence et un choix de cornet d'émission.
La figure 6 donne la direction des premiers lobes secondaires par rapport au lobe principal en fonction des caractéristiques géométri-ques de l'antenne.
la figure 7 est une vue en perspective d'un second mode de réali-sation de l'antenne selon l'invention.
Sur la figure 1, on a représenté un premier exemple de réalisa-tion de l'invention, dans lequel l'antenne à balayage par variation de fréquence comporte deux parties principales, à savoir une partie excitatrice 10 et une partie rayonnante 20.
On décrira essentiellement cette antenne en tant qu'antenne émettrice, mais il est bien entendu, compte tenu du théorème de réciprocité, qu'elle peut aussi bien opérer mutatis mutandis en antenne réceptrice, la structure d'ensemble restant inchangée.
La partie excitatlice 10 comporte au moins une source 11 (sur la figure, on a représenté cinq sources 11a à 11e groupées au voisinage d'un point central A) émettant une onde radioélectrique entre deux faces planes parallèles 12 et 13 (voir coupe de la figure 2), le front d'onde étant perpendiculaire aux plans 12 et 13 et l'onde se propa-geant en direction de l'extrémité de sortie 14 de cette partie excita-tlice.
Pour éviter les réflexions multiples sur les parois, on prévoit si nécessaire, de façon en elle-même connue, un volume absorbant 15 imposant à l'onde produite un trajet unique de la source 11 vers l'extrémité de sortie 14.
On notera que les faces 12, 13 ne sont pas nécessairement planes, mais qu'elles peuvent prendre d'autres configurations (sphé-riques, paraboliques, conformées, etc.) en fonction des besoins.
Par ailleurs, les sources 11 peuvent etre non seulement des cor-nets, comme on l'a représenté, mais tout autre type d'éléments rayonnants connus tels que des éléments imprimés, des éléments rayonnants filaires, etc. Par ailleurs, les sources multiples 11a à
11e, ne sont pas toutes nécessairement identiques, et ne sont pas nécessairement réparties selon un réseau régulier.
La partie rayonnante 20, quant à elle, comprend deux surfaces parallèles 21, 22 qui, dans l'exemple représenté, sont des surfaces planes; la surface 21 constitue un plan de masse et la surface 22 constitue une surface rayonnante frontale.
On notera ici encore que ces deux surfaces parallèles 21, 22 ne sont pas nécessairement planes, mais qu'elles peuvent, tout comme les surfaces 12 et 13 de la partie excitatrice 10, être planes, paraboli-ques, sphériques, etc. ou présenter toute autre conformation appro-priée.
L'onde produite par la partie excitatrice 10 est transmise à la partie rayonnante 20 par l'intermédiaire d'un organe réflecteur focalisant 30 constitué de deux réflecteurs focalisants 31 et 32, qui sont tous deux plans dans le plan de balayage fréquentiel et, respec-tivement, hyperboliques et paraboliques dans le plan perpendicu-laire, de manière à produire après réflexion en B, B' et C, C' une onde parfaitement plane à partir de l'onde produite ponctuellement par la source A.
L'onde plane ainsi produite, après réflexion au point C ou C', vient frapper le plan de masse 21 avec un angle d'incidence prédé-terminé a (voir représentation schématique de la figure 3), de sorte que l'onde plane, par un phénomène de réflexions multiples, va rebondir entre les deux plans parallèles 21, 22.
2Q449~3 Comme le plan frontal rayonnant 22 est une surface semi-permé-able aux ondes électromagnétiques, par exemple grâce à des perfora-tions 23 réalisées dans une plaque métallique, chaque fois que l'onde frappera le plan rayonnant frontal 22 une partie de l'énergie de cette onde traversera ce plan et rayonnera vers l'extérieur, le reste de l'énergie se réfléchi~s~qnt en direction du plan de masse 21, où se produira à nouveau une réflexion vers le plan frontal, et ainsi de suite.
La perméabilité de la surface frontale, qui est, dans cet exemple, essentiellement déterminée par la dimension et l'espacement des perforations 23, est telle que cette perméabilité soit faible dans la partie inférieure 24 où la densité d'énergie est la plus élevée (ce qui veut dire que les perforations devront être de petite taille à cet endroit), et élevée dans la partie supérieure 25 où la densité d'éner-gie est la plus faible (ce qui veut dire que les perforations devront être de grande dimension à cet endroit); la loi de variation de la per-méabilité est choisie de telle sorte que, l'énergie de fuite totale tra-versant le plan frontal rayonnant 22 produise la distribution d'amplitude voulue.
Le principe du balayage par variation de fréquence, que l'on va maintenant expliquer en référence à la figure 3, repose sur le fait que le déphasage entre deux rebonds consécutifs sur le plan rayon-nant dépend de la fréquence conformément à la relation suivante:
~> = 2Jr/~. 2h/cosa, ~ étant la longueur d'onde à la fréquence f, h étant l'espacement entre le plan de masse et le plan frontal rayonnant, a étant l'angle d'incidence de l'onde excitatrice, et ~ étant le déphasage (cumulatif) à chaque rebond.
Le paramètre h (espacement entre les deux plans 21 et 22) peut être choisi de manière que les images virtuelles S1, S2, ... du foyer F
après les réflexions successives D1, E1, D2, E2 ... vérifient la relation 35 suivante:
2h cosa = m~0, où m est un entier naturel et ~0 est la longueur d'onde à la fré-quence centrale de fonctionnement de l'antenne.
La distance d entre deux points de réflexion adjacents E1, E2 sur le plan frontal rayonnant peut être définie par la relation suivante:
d = 2htga.
L'angle de rayonnement du lobe principal ~ peut alors être cal-culé d'après l'équation suivante, en elle-même connue:
k.d.sin~ = ~ - n.27~., où k est une constante de propagation et n est un entier naturel.
Par substitution des trois premières équations dans cette der-nière relation, on obtient:
~ = arcsin [ (m - n (~/~0) cos2a) / (m sina) ].
Les entiers n et m seront choisis de manière que l'angle de rayon-nement ~ soit le même que l'angle d'excitation a à la fréquence cen-trale f0, ce qui a lieu lorsque n = m.
L'équation précédente devient alors:
~ = arcsin [ (1 - (f0/f) cos2a) / (sina) ], ce résultat ~ variant avec la fréquence f, comrne on le désirait.
On a présenté sur la figure 4 un réseau de courbes montrant la façon dont la direction du lobe principal varie en fonction, d'une part, de la fréquence f (ou, plus exactement, de la variation relative de fréquence ~f/f0 par rapport à la fréquence centrale f0) et, d'autre part, de l'angle d'incidence a.
Comme on peut le voir, la sensibilité du balayage en fréquence dépend de l'angle d'excitation a, et présente une valeur relativement
2~44903 élevée lorsque cet angle a est faible.
Ceci signifie que, pour une bande de fréquences donnée, l'angle total de balayage 0 peut être choisi en sélectionnant l'angle d'excita-tion a. Bien que, en pratique, il existe une limite inférieure pour cet 5 angle d'excitation o~, il n'en reste pas moins, en tout état de cause, que l'on obtient un balayage en fréquence de forte amplitude rela-tive.
n est possible, par ailleurs, de produire des faisceaux multiples dans le plan perpendiculaire au plan de balayage en fréquence, 10 grâce à la pluralité de sources 11a à 11e situées au voisinage du point focal A, chacune de ces sources étant légèrement défocalisée par rapport au réflecteur hyperbolique 31.
Ainsi, par un choix approprié du couple cornet d'émission/fré-quence d'émission, on peut réaliser un double balayage, c'est-à-dire 15 un balayage dans deux directions perpendiculaires, comme illustré
en figure 5.
Avantageusement, on prévoira alors un léger recouvrement entre faisceaux adjacents, de manière que le niveau de transition entre deux faisceaux adjacents soit sllffi~mment élevé (de l'ordre de 2,5 à
20 3 dB).
Un tel balayage peut notamment être utilisé pour couvrir une zone géographique étendue sur laquelle on souhaite réaliser des communications par satellite.
n en est ainsi--par exemple--des services de communications 25 téléphoniques mis à la disposition des passagers des avions. Ces ser-vices de radiotéléphonie mobile par satellite peuvent être réalisés dans la bande des 30/20 GHz, dans laquelle une largeur de bande de 0,5 GHz peut être allouée, correspondant donc à une variation de fréquence de il,7 à +2,5%. Or, dans ces domaines, il est difficile avec 30 les dispositifs actuels de réaliser un large balayage, si ce n'est avec des antennes complexes et coûteuses à mettre en oeuvre, telles que celles indiquées dans l'introduction de la présente demande.
Au contraire, la présente invention permet de réaliser un bala-yage fréquentiel sur une amplitude de l'ordre de 3 à 4 par un choix 35 de fréquences dans les limites allouées (0,5 GHz dans la bande -30/20 GHz), ce qui rend possible par exemple la couverture complète de l'Atlantique Nord, qui correspond typiquement, pour un satellite géostationnaire, à un balayage de 3 environ dans la direction Nord/Sud (balayage effectué par variation de fréquence) et de 7 à 8 dans la direction Est~Ouest (ce dernier balayage étant par exemple réalisé au moyen de huit cornets d'alimentation sélectionnables).
Une telle couverture correspond à environ 25 faisceaux, ce qui laisse une largeur de bande d'environ 20 MHz pour chaque faisceau, valeur sllffi~nte pour pouvoir maintenir plusieurs centaines de canaux dans chaque faisceau.
La figure 6 montre la direction des premiers lobes secondaires (lobes de réseau), dont l'écart par rapport au lobe principal va dépendre de l'écartement entre les sources virtuelles S1, S2, La direction du premier lobe secondaire de chaque côté du lobe principal est donnée par la relation:
0' = arcsin [ (sin0 + ((f0/f) cos2a) / (m sina) ].
La figure 6 donne la position des valeurs ~' pour différentes valeurs de m, et pour deux valeurs différentes de l'angle d'incidence (a = 15 et a = 20).
On peut voir ainsi que la direction du premier lobe secondaire dépend de l'écartement h entre le plan de masse et le plan frontal rayonnant, de sorte que, si le plan de masse et le plan rayonnant sont très proches, les lobes de réseau seront très éloignés du lobe principal.
Bien que, en pratique, il existe une limite inférieure à cet écarte-ment, avec une valeur raisonnable de l'ordre de 3 à 4 fois la lon-gueur d'onde ~0 à la fréquence centrale, les premiers lobes de réseaux se trouvent repoussés à 20 à 30 du lobe plincipal. Si l'antenne est utilisée à bord d'un satellite géostationnaire, ces lobes secondaires vont se trouver hors de la couverture terrestre et ne viendront donc en aucune fa,con interférer, le seul inconvénient étant la perte d'énergie par ces lobes de réseaux.
On notera que la réalisation présentée peut faire l'objet de nom-2044sa3 breuses variantes.
Tout d'abord, dans le mode de réalisation représenté, l'antenne fonctionne en polarisation linéaire. Il est éventuellement possible de prévoir une polarisation circulaire, simplement en placant un réseau 5 déphaseur devant le plan rayonnant.
En ce qui concerne la face rayonnante, outre les perforations cir-culaires du mode de réalisation représenté, on peut prévoir, égale-ment en variante, des perforations rectangulaires, des perforations elliptiques, des fentes rectilignes, des fentes en croix, etc.
La face rayonnante peut être par ailleurs constituée d'une struc-ture imprimée, par exemple par des lignes, des éléments de type microruban tels que des anneaux, des boucles, des croix, etc. réalisés sous forme d'une ou plusieurs couches séparées par du vide ou un diélectrique.
En ce qui concerne les réflecteurs de focalisation 31 et 32, ils peu-vent prendre toute forme appropriée: plane, hyperbolique, ellipti-que, parabolique, conformée, etc.; ils peuvent être également rem-placés par des lentilles électromagnétiques.
Par ailleurs, les différentes sources 11a à 11e peuvent être pla-20 cées sur une surface qui n'est pas nécessairement plane, mais quipeut être également sphérique, parabolique, conformée, etc.
Enfin, on a représenté sur la figure 7 une autre forme de réalisa-tion, dans laquelle la partie excitatrice 10 et la partie rayonnante 20 ne sont plus disposées l'une contre l'autre, comme dans le cas de la 25 figure 1, mais en formant un angle prédéterminé, qui correspondra précisément à l'angle d'incidence a recherché. Comme on peut le voir sur cette figure, où les références numériques identiques à celles de la figure 1 désignent des éléments semblables, on n'a plus besoin dans ce cas que d'un seul réflecteur 33, qui est alors un réflecteur 30 rectiligne dans le plan de balayage fréquentiel, et parabolique dans le plan perpendiculaire.
.. . .... ..... . .. .
.
Ceci signifie que, pour une bande de fréquences donnée, l'angle total de balayage 0 peut être choisi en sélectionnant l'angle d'excita-tion a. Bien que, en pratique, il existe une limite inférieure pour cet 5 angle d'excitation o~, il n'en reste pas moins, en tout état de cause, que l'on obtient un balayage en fréquence de forte amplitude rela-tive.
n est possible, par ailleurs, de produire des faisceaux multiples dans le plan perpendiculaire au plan de balayage en fréquence, 10 grâce à la pluralité de sources 11a à 11e situées au voisinage du point focal A, chacune de ces sources étant légèrement défocalisée par rapport au réflecteur hyperbolique 31.
Ainsi, par un choix approprié du couple cornet d'émission/fré-quence d'émission, on peut réaliser un double balayage, c'est-à-dire 15 un balayage dans deux directions perpendiculaires, comme illustré
en figure 5.
Avantageusement, on prévoira alors un léger recouvrement entre faisceaux adjacents, de manière que le niveau de transition entre deux faisceaux adjacents soit sllffi~mment élevé (de l'ordre de 2,5 à
20 3 dB).
Un tel balayage peut notamment être utilisé pour couvrir une zone géographique étendue sur laquelle on souhaite réaliser des communications par satellite.
n en est ainsi--par exemple--des services de communications 25 téléphoniques mis à la disposition des passagers des avions. Ces ser-vices de radiotéléphonie mobile par satellite peuvent être réalisés dans la bande des 30/20 GHz, dans laquelle une largeur de bande de 0,5 GHz peut être allouée, correspondant donc à une variation de fréquence de il,7 à +2,5%. Or, dans ces domaines, il est difficile avec 30 les dispositifs actuels de réaliser un large balayage, si ce n'est avec des antennes complexes et coûteuses à mettre en oeuvre, telles que celles indiquées dans l'introduction de la présente demande.
Au contraire, la présente invention permet de réaliser un bala-yage fréquentiel sur une amplitude de l'ordre de 3 à 4 par un choix 35 de fréquences dans les limites allouées (0,5 GHz dans la bande -30/20 GHz), ce qui rend possible par exemple la couverture complète de l'Atlantique Nord, qui correspond typiquement, pour un satellite géostationnaire, à un balayage de 3 environ dans la direction Nord/Sud (balayage effectué par variation de fréquence) et de 7 à 8 dans la direction Est~Ouest (ce dernier balayage étant par exemple réalisé au moyen de huit cornets d'alimentation sélectionnables).
Une telle couverture correspond à environ 25 faisceaux, ce qui laisse une largeur de bande d'environ 20 MHz pour chaque faisceau, valeur sllffi~nte pour pouvoir maintenir plusieurs centaines de canaux dans chaque faisceau.
La figure 6 montre la direction des premiers lobes secondaires (lobes de réseau), dont l'écart par rapport au lobe principal va dépendre de l'écartement entre les sources virtuelles S1, S2, La direction du premier lobe secondaire de chaque côté du lobe principal est donnée par la relation:
0' = arcsin [ (sin0 + ((f0/f) cos2a) / (m sina) ].
La figure 6 donne la position des valeurs ~' pour différentes valeurs de m, et pour deux valeurs différentes de l'angle d'incidence (a = 15 et a = 20).
On peut voir ainsi que la direction du premier lobe secondaire dépend de l'écartement h entre le plan de masse et le plan frontal rayonnant, de sorte que, si le plan de masse et le plan rayonnant sont très proches, les lobes de réseau seront très éloignés du lobe principal.
Bien que, en pratique, il existe une limite inférieure à cet écarte-ment, avec une valeur raisonnable de l'ordre de 3 à 4 fois la lon-gueur d'onde ~0 à la fréquence centrale, les premiers lobes de réseaux se trouvent repoussés à 20 à 30 du lobe plincipal. Si l'antenne est utilisée à bord d'un satellite géostationnaire, ces lobes secondaires vont se trouver hors de la couverture terrestre et ne viendront donc en aucune fa,con interférer, le seul inconvénient étant la perte d'énergie par ces lobes de réseaux.
On notera que la réalisation présentée peut faire l'objet de nom-2044sa3 breuses variantes.
Tout d'abord, dans le mode de réalisation représenté, l'antenne fonctionne en polarisation linéaire. Il est éventuellement possible de prévoir une polarisation circulaire, simplement en placant un réseau 5 déphaseur devant le plan rayonnant.
En ce qui concerne la face rayonnante, outre les perforations cir-culaires du mode de réalisation représenté, on peut prévoir, égale-ment en variante, des perforations rectangulaires, des perforations elliptiques, des fentes rectilignes, des fentes en croix, etc.
La face rayonnante peut être par ailleurs constituée d'une struc-ture imprimée, par exemple par des lignes, des éléments de type microruban tels que des anneaux, des boucles, des croix, etc. réalisés sous forme d'une ou plusieurs couches séparées par du vide ou un diélectrique.
En ce qui concerne les réflecteurs de focalisation 31 et 32, ils peu-vent prendre toute forme appropriée: plane, hyperbolique, ellipti-que, parabolique, conformée, etc.; ils peuvent être également rem-placés par des lentilles électromagnétiques.
Par ailleurs, les différentes sources 11a à 11e peuvent être pla-20 cées sur une surface qui n'est pas nécessairement plane, mais quipeut être également sphérique, parabolique, conformée, etc.
Enfin, on a représenté sur la figure 7 une autre forme de réalisa-tion, dans laquelle la partie excitatrice 10 et la partie rayonnante 20 ne sont plus disposées l'une contre l'autre, comme dans le cas de la 25 figure 1, mais en formant un angle prédéterminé, qui correspondra précisément à l'angle d'incidence a recherché. Comme on peut le voir sur cette figure, où les références numériques identiques à celles de la figure 1 désignent des éléments semblables, on n'a plus besoin dans ce cas que d'un seul réflecteur 33, qui est alors un réflecteur 30 rectiligne dans le plan de balayage fréquentiel, et parabolique dans le plan perpendiculaire.
.. . .... ..... . .. .
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Claims (9)
1. Une antenne pour rayonner une onde électro-magnétique ayant une fréquence donnée et émise à partir d'un excitateur, une orientation d'émission de l'antenne étant commandable en variant la fréquence de l'onde électromagnétique autour d'une fréquence centrale F0 et d'une longueur d'onde .lambda.0 de fonctionnement de l'antenne, comprenant:
des moyens rayonnants pour recevoir à une entrée une onde électromagnétique plane ayant une fréquence f et une longueur d'onde .lambda., et pour faire subir à ladite onde électromagnétique plane une pluralité de réflexions successives à l'intérieur desdits moyens rayonnants, lesdits moyens rayonnants incluant des première et seconde surfaces de réflexions parallèles en vis-à-vis, la première surface formant une surface de masse reliée à la masse et servant de plan de référence contre lequel un angle d'incidence d'une onde électromagnétique s'introduisant dans ladite entrée des moyens rayonnants est mesuré, les première et seconde surfaces de réflexions étant séparées par une distance h plus grande que la longueur d'onde .lambda. de l'onde électromagnétique plane causant ainsi un déphasage de l'onde électromagnétique plane entre deux rebonds consécutifs sur la seconde surface de réflexions, le déphasage de l'onde électromagnétique plane entre deux rebonds consécutifs variant en fonction de la fréquence f et de la longueur d'onde .lambda. de l'onde électromagnétique plane, la seconde surface de réflexions étant une surface frontale rayonnante perméable à une onde électromagnétique permettant à une partie de l'onde électromagnétique plane réfléchie entre les première et seconde surfaces de réflexions d'être rayonnée vers l'extérieur après des réflexions prédéterminées de façon à générer une série d'ondes rayonnées à partir des moyens rayonnants, la série d'ondes rayonnées définissant un diagramme de transmission ayant un lobe principal présentant une orientation variable en fonction de la fréquence f et de la longueur d'onde .lambda.;
un organe réflecteur focalisant pour recevoir une onde électromagnétique à une entrée et réfléchir ladite onde électromagnétique qui constitue alors ladite onde électromagnétique plane dans l'entrée desdits moyens rayonnants selon un angle d'incidence prédéterminé a vers ladite première surface de réflexions, ledit organe réflecteur focalisant incluant un réflecteur hyperbolique;
des moyens excitateurs pour recevoir ladite onde électromagnétique depuis l'excitateur à une entrée voisinante d'un point focal du réflecteur hyperbolique et pour diriger ladite onde électromagnétique dans l'entrée de l'organe réflecteur focalisant, lesdits moyens excitateurs comportant des sources constituées par des cornets situés dans un voisinage du point focal, chacune des sources étant légèrement défocalisée par rapport au point focal et décalée dans l'espace par rapport aux autres sources, chacun des cornets pouvant être sélectionné pour coupler une onde électromagnétique de l'excitateur dans les moyens excitateurs pour ainsi réaliser un balayage dans deux directions perpendiculaires en combinant de façon appropriée un desdits cornets avec une fréquence de l'onde électromagnétique, la série d'ondes rayonnées ayant un angle de rayonnement .THETA. défini par l'équation suivante:
.THETA. = arcsin {(m - n(.lambda./.lambda.0)cos2.alpha.)/(msin .alpha.)}
où:
.THETA. est l'angle de rayonnement du lobe principal par rapport à ladite seconde surface de réflexions;
A est la longueur d'onde de l'onde électromagnétique reçue par l'excitateur;
.lambda.0 est la longueur d'onde de la fréquence centrale pour un fonctionnement de l'antenne selon l'onde électromagnétique reçue depuis l'excitateur;
.alpha. est l'angle d'incidence d'une onde excitatrice de l'onde électromagnétique reçue dans les moyens rayonnants par rapport au plan de référence; et m et n sont des nombres entiers choisis pour que l'angle de rayonnement .THETA. soit égal à l'angle d'incidence .alpha.
à ladite fréquence centrale ayant pour longueur d'onde .lambdaØ
des moyens rayonnants pour recevoir à une entrée une onde électromagnétique plane ayant une fréquence f et une longueur d'onde .lambda., et pour faire subir à ladite onde électromagnétique plane une pluralité de réflexions successives à l'intérieur desdits moyens rayonnants, lesdits moyens rayonnants incluant des première et seconde surfaces de réflexions parallèles en vis-à-vis, la première surface formant une surface de masse reliée à la masse et servant de plan de référence contre lequel un angle d'incidence d'une onde électromagnétique s'introduisant dans ladite entrée des moyens rayonnants est mesuré, les première et seconde surfaces de réflexions étant séparées par une distance h plus grande que la longueur d'onde .lambda. de l'onde électromagnétique plane causant ainsi un déphasage de l'onde électromagnétique plane entre deux rebonds consécutifs sur la seconde surface de réflexions, le déphasage de l'onde électromagnétique plane entre deux rebonds consécutifs variant en fonction de la fréquence f et de la longueur d'onde .lambda. de l'onde électromagnétique plane, la seconde surface de réflexions étant une surface frontale rayonnante perméable à une onde électromagnétique permettant à une partie de l'onde électromagnétique plane réfléchie entre les première et seconde surfaces de réflexions d'être rayonnée vers l'extérieur après des réflexions prédéterminées de façon à générer une série d'ondes rayonnées à partir des moyens rayonnants, la série d'ondes rayonnées définissant un diagramme de transmission ayant un lobe principal présentant une orientation variable en fonction de la fréquence f et de la longueur d'onde .lambda.;
un organe réflecteur focalisant pour recevoir une onde électromagnétique à une entrée et réfléchir ladite onde électromagnétique qui constitue alors ladite onde électromagnétique plane dans l'entrée desdits moyens rayonnants selon un angle d'incidence prédéterminé a vers ladite première surface de réflexions, ledit organe réflecteur focalisant incluant un réflecteur hyperbolique;
des moyens excitateurs pour recevoir ladite onde électromagnétique depuis l'excitateur à une entrée voisinante d'un point focal du réflecteur hyperbolique et pour diriger ladite onde électromagnétique dans l'entrée de l'organe réflecteur focalisant, lesdits moyens excitateurs comportant des sources constituées par des cornets situés dans un voisinage du point focal, chacune des sources étant légèrement défocalisée par rapport au point focal et décalée dans l'espace par rapport aux autres sources, chacun des cornets pouvant être sélectionné pour coupler une onde électromagnétique de l'excitateur dans les moyens excitateurs pour ainsi réaliser un balayage dans deux directions perpendiculaires en combinant de façon appropriée un desdits cornets avec une fréquence de l'onde électromagnétique, la série d'ondes rayonnées ayant un angle de rayonnement .THETA. défini par l'équation suivante:
.THETA. = arcsin {(m - n(.lambda./.lambda.0)cos2.alpha.)/(msin .alpha.)}
où:
.THETA. est l'angle de rayonnement du lobe principal par rapport à ladite seconde surface de réflexions;
A est la longueur d'onde de l'onde électromagnétique reçue par l'excitateur;
.lambda.0 est la longueur d'onde de la fréquence centrale pour un fonctionnement de l'antenne selon l'onde électromagnétique reçue depuis l'excitateur;
.alpha. est l'angle d'incidence d'une onde excitatrice de l'onde électromagnétique reçue dans les moyens rayonnants par rapport au plan de référence; et m et n sont des nombres entiers choisis pour que l'angle de rayonnement .THETA. soit égal à l'angle d'incidence .alpha.
à ladite fréquence centrale ayant pour longueur d'onde .lambdaØ
2. L'antenne de la revendication 1, dans laquelle la surface frontale rayonnante est une surface pourvue de perforations.
3. L'antenne de la revendication 1, dans laquelle la surface frontale a une perméabilité variant sur l'étendue de ladite surface frontale, ladite perméabilité
étant faible dans des régions proximales, où l'onde plane a une densité de puissance élevée, ladite perméabilité
étant élevée dans des régions distales, où cette densité de puissance est moindre.
étant faible dans des régions proximales, où l'onde plane a une densité de puissance élevée, ladite perméabilité
étant élevée dans des régions distales, où cette densité de puissance est moindre.
4. L'antenne de la revendication 1, dans laquelle les moyens excitateurs comprennent deux surfaces en vis-à-vis, les sources étant des moyens émetteurs d'une onde électromagnétique, disposés de manière à diriger cette onde électromagnétique émise entre ces deux surfaces des moyens excitateurs.
5. L'antenne de la revendication 4, dans laquelle ledit organe réflecteur focalisant relie les moyens excitateurs aux moyens rayonnants.
6. L'antenne de la revendication 5, dans laquelle les surfaces en vis-à-vis des moyens excitateurs et les surfaces en vis-à-vis des moyens rayonnants s'étendent dans des directions essentiellement parallèles, l'organe réflecteur focalisant étant disposé d'un même côté
des moyens excitateurs et des moyens rayonnants, de manière à renvoyer une onde émise à une extrémité des moyens excitateurs vers une extrémité adjacente des moyens rayonnants sous ledit angle d'incidence prédéterminé .alpha..
des moyens excitateurs et des moyens rayonnants, de manière à renvoyer une onde émise à une extrémité des moyens excitateurs vers une extrémité adjacente des moyens rayonnants sous ledit angle d'incidence prédéterminé .alpha..
7. L'antenne de la revendication 6, dans laquelle les surfaces en vis-à-vis des moyens excitateurs et les surfaces en vis-à-vis des moyens rayonnants s'étendent dans des directions formant entre elles un angle (.pi./2+.alpha.) égal à un angle droit augmenté dudit angle d'incidence prédéterminé, de manière à alimenter directement les moyens rayonnants par l'onde plane produite par les moyens excitateurs.
8. L'antenne de la revendication 1, dans laquelle les moyens excitateurs comprennent des moyens pour produire sélectivement différents faisceaux présentant une orientation distincte variant dans une direction perpen-diculaire à ladite orientation variable du lobe principal en fonction de ladite fréquence f.
9. L'antenne de la revendication 1, dans laquelle les moyens rayonnants comprennent en outre des moyens déphaseurs aptes à polariser circulairement l'onde rayonnée.
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