EP0064313A1 - Circularly polarised microwave radiating element and flat microwave antenna using an array of such elements - Google Patents
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- EP0064313A1 EP0064313A1 EP82200487A EP82200487A EP0064313A1 EP 0064313 A1 EP0064313 A1 EP 0064313A1 EP 82200487 A EP82200487 A EP 82200487A EP 82200487 A EP82200487 A EP 82200487A EP 0064313 A1 EP0064313 A1 EP 0064313A1
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Definitions
- the present invention relates to a receiver element for microwave signals with circular polarizations, produced in a planar structure according to the printed circuit technique associated with a dielectric support, as well as a planar antenna comprising an array of such elements.
- a reception element or an antenna composed of a network of reception elements
- a radiating element as a radiating antenna
- Patent of the United States of America No. 4,054,874, filed on June 11, 1975 and issued on October 18, 1977 in the name of the transferee Hughes Aircraft Company describes, among other achievements, a microwave antenna composed of elements allowing the emission or reception of circularly polarized signals, each element being composed in this case of a pair of conductive dipoles associated in cross by their central part to constitute a single device, coupled to the ends of corresponding transmission lines.
- the lengths of the transmission lines differ by a quarter of the wavelength associated with the frequency of the signals transmitted or received, so that these useful signals are in quadrature of phase.
- the object of the invention is to propose a new structure for an element for receiving microwave signals, these signals being able to be indifferently with left circular polarization or with right circular polarization, as well as an antenna composed of such elements.
- the receiving element also comprises in the same median plane at least two dipoles each consisting of an electrically conductive strip of length substantially equal to half the wavelength of the signals to be received and arranged along said axes to allow effective coupling between these dipoles and the corresponding triplate transmission lines, an insulating sheet being interposed between these dipoles to electrically separate at least the portions of these two dipoles which are opposite one another, and this pair of dipoles being located opposite the recesses.
- both of these two structures have the same essential advantages, namely the possibility of receiving signals with circular polarization left or right at the same time, and the almost absence total coupling between the circuits corresponding to these two types of received signals since at the center of the dipoles, the coupling is only capacitive, and precisely where the electric field is zero or very weak.
- the receiving element shown in FIGS. 1a and 1b is produced according to the technique of the printed circuit associated with a dielectric support and comprises the following symmetrical planar structure.
- a first plane 10 said median and which constitutes a plane of symmetry for the structure described, there are provided two completely separate dipoles 1 and 2, each consisting of an electrically conductive strip whose length is substantially equal to half the wavelength of the microwave signals to be received.
- These dipoles 1 and 2 are here arranged in an electrically symmetrical cross, along two perpendicular axes, and separated by a thin insulating sheet 11 (the dimensions of this sheet can, if desired, be limited to those necessary to isolate one of the other the portions of the dipoles which are actually opposite one another).
- This same median plane 10 also contains two triplate lines 3 and 4, intended to ensure the transmission of the signals received by the dipoles to a reception device not shown. These two lines 3 and 4 must be independent and have no electrical connection between them.
- a first end 3a of line 3 is located opposite one end of dipole 1 and aligned with it, so as to achieve with this dipole a capacitive coupling and, similarly, a first end 4a of line 4 is located opposite one end of the dipole 2 and aligned with it, to also carry out a capacitive coupling.
- the second ends 3b and 4b of line 3 and line 4 are fitted with connectors 5 and 6 respectively and each constitute a connection intended to be connected to the electronic reception circuits, not shown.
- the receiving element finally comprises, on either side of the median plane 10, two planar dielectric layers 12 and 13 each comprising on their outer face an electrically conductive surface, 14 and 15 respectively, which constitutes a ground plan.
- these conductive surfaces are provided non-conductive recesses 7 and 8 respectively, the recess 7 in the surface 14 revealing the dielectric layer 12 and the recess 8 in the layer 15 revealing the dielectric layer 13.
- the recesses 7 and 8 are circular, with a diameter slightly greater than the length of each dipole, and are located opposite the dipoles so that they are entirely contained in the cylindrical contour which these recesses define.
- the line-dipole and space-dipole couplings can be strong simultaneously, thanks to the presence of ground planes preventing parasitic radiation from the three-plate transmission lines and that of the recesses authorizing the reception exclusively of a look at the dipoles;
- the reception is that of circular polarization signals, both left and right, since the proposed structure does not eliminate either of the two possibilities, the separation of one or the other taking place only later;
- the coexistence of these two possibilities of reception of signals of different circular polarizations is accompanied by good electrical insulation between the corresponding circuits, thanks to the complete separation of the two dipoles 1 and 2 (opposite to that which is described in patent No. 4,054,874 already cited).
- the element can be equipped with a reflecting metallic surface 16, arranged on one side of the element (see FIG. 1b) and parallel to the median plane 10 of the latter.
- This conventional arrangement (see for example FIG. 2 of French patent application No. 78 31 879) reinforces the reception efficiency, the waves received which reach said surface 16 being returned to the dipoles.
- This reinforcement is optimal if the distance between this surface 16 and the median plane 10 is equal to or substantially equal to a quarter of the length I wave associated with the frequency of the useful signals to be received (by equal, we mean electrically equivalent given the media between the surface 16 and the plane 10, there is indeed an air layer and a dielectric layer, the layer 13).
- the element which has just been described can, in accordance with the invention, be used for the production of a planar microwave antenna composed of a whole array of such elements, according to the same technique of the printed circuit associated with a dielectric support, with the structure described below with reference to Figures 3a and 3b.
- a first median plane 100 is provided a whole set of (mxn) pairs of dipoles 1 m, n and 2 m, n (referenced in the same way as the dipoles 1 and 2 of the element considered in isolation, but with the indices m, n to characterize them each, m and n being, in the example here considered, equal to 25, but which can naturally take other values).
- the dipoles 1 m , n and 2 m , n are, as before, arranged in an electrically symmetrical cross, along two perpendicular axes, but being completely distinct, with electrical insulation provided again by an insulating sheet (i.e. a single sheet of the same surface area as the complete antenna, or pieces of insulating sheet provided only in the dipole area, these pieces possibly themselves being able to be limited to dimensions just sufficient for the portions of dipoles which are facing each other are effectively isolated from each other).
- an insulating sheet i.e. a single sheet of the same surface area as the complete
- the 2. (mxn) dipoles (1 m, n ), (2 m, n ) each consist of a conductive tape whose electrical length is substantially equal to half the wavelength of the microwave signals to be received.
- the dipoles are grouped into ( mxn ) first dipoles 1 m, n and into (mxn) second dipoles 2 m, n , all the first dipoles on the one hand being parallel to each other d 'one pair of dipoles to the other, all the second dipoles on the other hand also being parallel to one another from one pair of dipoles to the other.
- the median plane 100 contains, in addition to the (mxn) pairs of dipoles, the association of two networks of triplate microwave transmission lines, not shown to simplify the figures. These networks are, like lines 3 and 4, electrically independent of each other, intended to ensure the transmission of the signals received by the dipoles to the reception device (not shown), and for this purpose each composed of a succession of stages of combination of the received signals. Such networks are known in numerous embodiments (see, by way of nonlimiting example, the network represented in FIG. 1 of French patent application No. 70 11 449).
- the first (mxn) ends of one of the networks are located opposite one end of the 1 m , n dipoles (mxn) (the same for all these dipoles) and each aligned with the corresponding dipole end, so that perform a capacitive coupling with the dipoles concerned; similarly, the first (mxn) ends of the other network are located opposite one end of the (mxn) dipoles 2 m , n and aligned with them respectively, to also perform a capacitive coupling of the dipoles to the networks.
- the opposite end, or second end, of the first network is the point of convergence ⁇ of all the transmission lines making up this network; it is equipped with a first connector and constitutes a connection intended to be connected to the electronic circuits of the reception device; it is the same for the second end of the second network, equipped with a second connector.
- the antenna finally comprises, on either side of the median plane 100, two planar dielectric layers 112 and 113 each having on their outer face an electrically conductive surface, 114 and 115 respectively, which constitutes a plane massive.
- These conductive surfaces 114 and 115 each comprise a set of (mxn) non-conductive recesses revealing the corresponding dielectric layer 112 or 113.
- These 107 m, n and 108 m , n recesses are circular, with a diameter slightly greater than the length of the dipoles and are located opposite them, so that each pair of dipoles is entirely contained in the delimited cylindrical contour. by the corresponding recesses.
- the antenna thus proposed has the same front ages as the single element described above (quality of the useful couplings, almost total absence of harmful couplings, possibility of simultaneous reception of signals with circular polarization left or right, variants in the characteristics of the dipoles , etc ).
- the element and the antenna as described comprise dipoles, but an embodiment without dipoles (all other things almost equal) can be proposed, with the same essential advantages recalled above.
- the dimensions of the recesses are such that they become resonant diaphragms for the frequency of the signals to be received, the intensity of the coupling diaphragms-triplate lines then being linked to the importance of the penetration of the end of these lines in the cylindrical contour limited by the recesses.
- the element or antenna according to the invention is equipped with a metallic reflecting surface such as 16 (see the element in FIG. 1b), this surface can, in particular to avoid any coupling between neighboring receiving elements, be limited by (mxn) lateral metal walls with a diameter slightly greater than that of the recesses. These walls are perpendicular to the reflecting surface which now constitutes a bottom wall and placed on the ground plane of the corresponding dielectric layer (see Figure 4 where an element is shown equipped with such a wall 17).
- the element or the antenna can also be equipped, in particular to avoid any horizontal radiation from one receiving element to another, with a metal crown 18 of diameter identical to that of the wall 17 and placed on the ground plane of the other dielectric layer.
- the element and the antenna which have been described above find an essential application in the field of television transmitted by satellite, for the equipment of systems for receiving these television signals.
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Waveguide Aerials (AREA)
- Details Of Aerials (AREA)
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Abstract
Elément rayonnant ou récepteur de signaux hyperfréquences à polarisations circulaires, comprenant la structure symétrique suivante : (A) deux couches diélectriques planes superposées (12) et (13) comportant chacune sur leur face extérieure une surface électriquement conductrice (14) ou (15) et, dans chacune de ces surfaces un évidement (7) ou (8) non conducteur; (B) dans le plan médian (10) situé entre les deux couches (12) et (13), deux lignes triplaques distinctes de transmission hyperfréquence pour réaliser avec les évidements un couplage permettant la transmission des signaux hyperfréquences à recevoir, et, éventuellement, (C) au moins deux dipôles (1) et (2), constitués chacun d'un ruban électriquement conducteur de longueur sensiblement égale à la moitié de la longueur d'onde des signaux à recevoir et disposés dans le plan médian (10) pour permettre un couplage effectif entre les dipôles et les lignes triplaques de transmission correspondantes, une feuille isolante (11) étant interposée entre ces dipôles pour les séparer. Application : antennes pour systèmes de réception de télevision transmise par satellites.Radiating element or receiver of circularly polarized microwave signals, comprising the following symmetrical structure: (A) two superimposed planar dielectric layers (12) and (13) each having on their outer face an electrically conductive surface (14) or (15) and , in each of these surfaces a non-conductive recess (7) or (8); (B) in the median plane (10) located between the two layers (12) and (13), two distinct triplate lines of microwave transmission to achieve with the recesses a coupling allowing the transmission of the microwave signals to be received, and, optionally, (C) at least two dipoles (1) and (2), each consisting of an electrically conductive strip of length substantially equal to half the wavelength of the signals to be received and arranged in the median plane (10) for allow effective coupling between the dipoles and the corresponding triplate transmission lines, an insulating sheet (11) being interposed between these dipoles to separate them. Application: antennas for television reception systems transmitted by satellites.
Description
La présente invention concerne un élément récepteur de signaux hyperfréquences à polarisations circulaires, réalisé en structure plane selon la technique du circuit imprimé associé à un support diélectrique, ainsi qu'une antenne plane comprenant un réseau de tels éléments. Il va de soi qu'étant donné le caractère de réciprocité d'une antenne, un élément de réception (ou une antenne composée d'un réseau d'éléments de réception) est capable de fonctionner en élément rayonnant (en antenne rayonnante),sans aucune modification de ses caractéristiques. Cette remarque reste valable sans exception tout au long de la description qui va suivre, et le mot réception peut toujours être remplacé par le mot émission.The present invention relates to a receiver element for microwave signals with circular polarizations, produced in a planar structure according to the printed circuit technique associated with a dielectric support, as well as a planar antenna comprising an array of such elements. It goes without saying that, given the reciprocity of an antenna, a reception element (or an antenna composed of a network of reception elements) is capable of operating as a radiating element (as a radiating antenna), without no modification of its characteristics. This remark remains valid without exception throughout the description which follows, and the word reception can always be replaced by the word emission.
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 4 054 874, déposé le 11 juin 1975 et délivré le 18 octobre 1977 au nom de la Société cessionnaire Hughes Aircraft Company, décrit, entre autres réalisations, une antenne hyperfréquence composée d'éléments permettant l'émission ou la réception de signaux à polarisation circulaire, chaque élément étant composé dans ce cas d'une paire de dipôles conducteurs associés en croix par leur partie centrale pour constituer un dispositif unique, couplé aux extrémités de lignes de transmission correspondantes. Les longueurs des lignes de transmission diffèrent d'un quart de la longueur d'onde associée à la fréquence des signaux émis ou reçus, afin que ces signaux utiles soient en quadrature de phase.Patent of the United States of America No. 4,054,874, filed on June 11, 1975 and issued on October 18, 1977 in the name of the transferee Hughes Aircraft Company, describes, among other achievements, a microwave antenna composed of elements allowing the emission or reception of circularly polarized signals, each element being composed in this case of a pair of conductive dipoles associated in cross by their central part to constitute a single device, coupled to the ends of corresponding transmission lines. The lengths of the transmission lines differ by a quarter of the wavelength associated with the frequency of the signals transmitted or received, so that these useful signals are in quadrature of phase.
Une telle structure présente malheureusement les inconvénients'suivants. D'une part sa dissymétrie électrique, due principalement à l'excitation non symétrique (à une seule extrémité) entraîne l'existence, au centre de la croix, d'un couplage galvanique critique là où justement la valeur des courants est maximale, d'autre part l'antenne proposée ne peut recevoir que des signaux à polarisation circulaire gauche ou des signaux à polarisation circulaire droite (l'existence de l'une de ces deux possibilités excluant celle de l'autre), ce sens de polarisation étant fixé par celle des lignes de transmission couplées aux dipôles qui est plus longue que l'autre.Unfortunately, such a structure has the following drawbacks. On the one hand, its electrical dissymmetry, mainly due to the non-symmetrical excitation (at one end), leads to the existence, at the center of the cross, of a critical galvanic coupling where precisely the value of the currents is maximum, d on the other hand, the proposed antenna can only receive signals with left circular polarization or signals with right circular polarization (the existence of one of these two possibilities excluding that of the other), this direction of polarization being fixed by that of the transmission lines coupled to the dipoles which is longer than the other.
Le but de l'invention est de proposer une nouvelle structure d'élément de réception de signaux hyperfréquences, ces signaux pouvant être indifféremment à polarisation circulaire gauche ou à polarisation circulaire droite, ainsi qu'une antenne composée de tels éléments.The object of the invention is to propose a new structure for an element for receiving microwave signals, these signals being able to be indifferently with left circular polarization or with right circular polarization, as well as an antenna composed of such elements.
L'invention concerne d'abord, à cet effet, un élément récepteur de signaux hyperfréquences à polarisations circulaires réalisé en structure plane selon la technique du circuit imprimé associé à un support diélectrique, ou, selon le principe de réciprocité des antennes, un élément rayonnant de tels signaux réalisé de façon similaire, caractérisé en ce qu'il comprend la structuré symétrique suivante:
- (A) deux couches diélectriques planes superposées comportant chacune sur leur face extérieure une surface électriquement conductrice qui constitue un plan dit de masse et, dans chacune de ces surfaces conductrices, un évidement non conducteur laissant apparaître la couche diélectrique correspondante, ces deux évidements étant situés en regard l'un de l'autre ;
- (B) dans le plan médian situé entre les deux couches, deux lignes triplaques distinctes de transmission hyperfréquence, une première extrémité de chacune de ces lignes étant située suffisamment en regard des deux évidements pour réaliser avec ceux-ci un couplage permettant la transmission des signaux hyperfréquences à recevoir, ces deux premières extrémités étant respectivement disposées suivant deux axes sensiblement perpendiculaires dont l'intersection coïncide sensiblement avec le centre des évidements, et la deuxième extrémité de chacune de ces lignes constituant une connexion destinée à être reliée aux circuits électroniques d'un dispositif de réception.
- (A) two superimposed planar dielectric layers each having on their outer face an electrically conductive surface which constitutes a ground plane and, in each of these conductive surfaces, a non-conductive recess revealing the corresponding dielectric layer, these two recesses being located facing each other;
- (B) in the median plane located between the two layers, two separate triplate microwave transmission lines, a first end of each of these lines being located sufficiently opposite the two recesses to achieve a coupling allowing the transmission of signals microwave frequencies to be received, these first two ends being respectively arranged along two substantially perpendicular axes whose intersection substantially coincides with the center of the recesses, and the second end of each of these lines constituting a connection intended to be connected to the electronic circuits of a receiving device.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, l'élément récepteur comprend également dans le même plan médian au moins deux dipôles constitués chacun d'un ruban électriquement conducteur de longueur sensiblement égale à la moitié de la longueur d'onde des signaux à recevoir et disposés suivant lesdits axes pour permettre un couplage effectif entre ces dipôles et les lignes triplaques de transmission correspondantes, une feuille isolante étant interposée entre ces dipôles pour séparer électriquement l'une de l'autre au moins les portions de ces deux dipôles qui sont en regard l'une de l'autre, et cette paire de dipôles étant située en regard des évidements.In another embodiment of the invention, the receiving element also comprises in the same median plane at least two dipoles each consisting of an electrically conductive strip of length substantially equal to half the wavelength of the signals to be received and arranged along said axes to allow effective coupling between these dipoles and the corresponding triplate transmission lines, an insulating sheet being interposed between these dipoles to electrically separate at least the portions of these two dipoles which are opposite one another, and this pair of dipoles being located opposite the recesses.
Quel que soit le mode de réalisation choisi, l'une et l'autre de ces deux structures possèdent les mêmes avantages essentiels, à savoir la possibilité de recevoir des signaux à polarisation circulaire gauche ou droite en même temps, et l'absence quasi-totale de couplage entre les circuits correspondant à ces deux types de signaux reçus puisqu'au centre des dipôles, le couplage n'est que capacitif, et là où justement le champ électrique est nul ou très faible.Whatever the embodiment chosen, both of these two structures have the same essential advantages, namely the possibility of receiving signals with circular polarization left or right at the same time, and the almost absence total coupling between the circuits corresponding to these two types of received signals since at the center of the dipoles, the coupling is only capacitive, and precisely where the electric field is zero or very weak.
L'invention concerne également une antenne à réseau d'élé-TIents récepteurs tels que définis précédemment, et comprenant la structure symétrique suivante :
- (A) dans un plan médian, un ensemble de (m x n) paires de dipôles répartis en premiers et deuxièmes dipôles disposés respectivement suivant deux axes pratiquement perpendiculaires, les premiers dipôles d'une part, les deuxièmes dipôles d'autre part, étant parallèles les uns aux autres d'une paire de dipôles à l'autre ;
- (B) dans le même plan médian, deux réseaux plans distincts de lignes triplaques de transmission hyperfréquence composés chacun d'une succession d'étages de combinaison des signaux reçus, les (m x n) extrémités de chacun de ces réseaux étant situées en regard d'une extrémité des (m x n) premiers dipôles pour l'un des réseaux et d'une extrémité des (m x n) deuxièmes dipôles pour l'autre réseau de façon à réaliser entre chaque réseau et les (m x n) dipôles qui lui sont associés un couplage capacitif suffisant pour permettre la transmission des signaux hyperfréquences à recevoir, et l'extrémité opposée de chacun de ces deux réseaux constituant une connexion destinée à être reliée aux circuits électroniques du dispositif de réception ;
- (C) de part et d'autre de ce même plan médian, deux couches diélectriques planes comportant chacune sur leur face extérieure une surface électriquement conductrice qui constitue un plan dit de masse et, dans chacune de ces surfaces conductrices, (m x n) évidements non conducteurs laissant apparaître ]a couche diélectrique correspondante et situés en regard des (m x n) paires de dipôles.
- (A) in a median plane, a set of (mxn) pairs of dipoles distributed in first and second dipoles arranged respectively along two substantially perpendicular axes, the first dipoles on the one hand, the second dipoles on the other hand, being parallel to each other from one pair of dipoles to the other;
- (B) in the same median plane, two distinct planar networks of triplate microwave transmission lines each composed of a succession of stages of combination of the received signals, the (mxn) ends of each of these networks being located opposite one end of the (mxn) first dipoles for one of the networks and one end of the (mxn) second dipoles for the other network so as to carry out between each network and the (mxn) dipoles which are associated with it a capacitive coupling sufficient to allow the transmission of microwave signals to be received, and the opposite end of each of these two networks constituting a connection intended to be connected to the electronic circuits of the reception device;
- (C) on either side of this same median plane, two planar dielectric layers each having on their outer face an electrically conductive surface which constitutes a plane said to be of mass and, in each of these conductive surfaces, (mxn) non-conductive recesses revealing] a corresponding dielectric layer and located opposite the (mxn) pairs of dipoles.
Une antenne en structure dite stripline ou triplaque est déjà décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 4 170 013, déposé le 28 juillet 1978 et délivré le 2 octobre 1979 au nom des Etats-Unis d'Amérique représentés par le Secrétaire à la Marine, mais ne peut en aucun cas s'appliquer, contrairement au mode de réalisation d'antenne qui vient d'être proposé, à la réception de signaux hyperfréquences susceptibles d'être à polarisation circulaire gauche ou droite en même temps. Par ailleurs, la structure des éléments récepteurs de l'antenne décrite dans ce brevet est celle d'éléments à dipôles magnétiques, et non électriques.An antenna in a so-called stripline or triplate structure is already described in United States patent No. 4,170,013, filed on July 28, 1978 and issued on October 2, 1979 in the name of the United States of America represented by Secretary of the Navy, but can in no case apply, unlike the embodiment of the antenna which has just been proposed, to the reception of microwave signals capable of being left or right circularly polarized at the same time. Furthermore, the structure of the antenna receiving elements described in this patent is that of magnetic, not electrical, dipole elements.
D'autres particularités et avantages des éléments et antennes réalisés conformément à l'invention apparaîtront plus précisément dans la description qui suit et dans les dessins annexés, domes à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels : 1
- - la figure la est une vue de dessus d'un élément de réception conforme à l'invention et la figure lb une coupe suivant l'axe bb de la figure la ;
- - la figure 2 montre deux dipôles dans lesquels ont été prévus des évidements non
conducteurs 20 autour du point d'intersection des axes de disposition des dipôles ; - - la figure 3a est une vue de dessus d'une antenne plane comprenant un réseau d'éléments récepteurs conformes à l'invention et la figure 3b une coupe suivant l'axe bb de la figure 3a ; et
- - la figure 4 montre une variante de réalisation de l'élément de réception selon l'invention.
- - Figure la is a top view of a receiving element according to the invention and Figure lb a section along the axis bb of Figure la;
- FIG. 2 shows two dipoles in which non-conductive recesses have been provided around the point of intersection of the axes of arrangement of the dipoles;
- - Figure 3a is a top view of a planar antenna comprising an array of receiving elements according to the invention and Figure 3b a section along the axis bb of Figure 3a; and
- - Figure 4 shows an alternative embodiment of the receiving element according to the invention.
L'élément récepteur représenté sur les figures la et lb est réalisé selon la technique du circuit imprimé associé à un support diélectrique et comprend la structure plane symétrique suivante. Dans un premier plan 10, dit médian et qui constitue un plan de symétrie pour la structure décrite, sont prévus deux dipôles complètement distincts 1 et 2, constitués chacun d'un ruban électriquement conducteur dont la longueur est sensiblement égale à la moitié de la longueur d'onde des signaux hyperfréquences devant être reçus. Ces dipôles 1 et 2 sont ici disposés en croix électriquement symétrique, suivant deux axes perpendiculaires, et séparés par une mince feuille isolante 11 (les dimensions de cette feuille peuvent, si on le veut, être limitées à celles nécessaires pour isoler l'une de l'autre les portions des dipôles qui sont effectivement en regard l'une de l'autre).The receiving element shown in FIGS. 1a and 1b is produced according to the technique of the printed circuit associated with a dielectric support and comprises the following symmetrical planar structure. In a
Ce même plan médian 10 contient aussi deux lignes triplaques 3 et 4, destinées à assurer la transmission des signaux reçus par les dipôles vers un dispositif de réception non représenté. Ces deux lignes 3 et 4 doivent être indépendantes et n'ont aucune liaison électrique entre elles. Une première-extrémité 3a de la ligne 3 est située en regard d'une extrémité du dipôle 1 et alignée avec lui, de façon à réaliser avec ce dipôle un couplage capacitif et, de même, une première extrémité 4a de la ligne 4 est située en regard d'une extrémité du dipôle 2 et alignée avec lui, pour réaliser également un couplage capacitif. Les deuxièmes extrémités 3b et 4b de la ligne 3 et de la ligne 4 sont équipées de connecteurs 5 et 6 respectivement et constituent chacune une connexion destinée à être reliée aux circuits électroniques de réception, non représentés.This same
Pour compléter cette structure, l'élément récepteur comprend enfin, de part et d'autre du plan médian 10, deux couches diélectriques planes 12 et 13 comportant chacune sur leur face extérieure une surface électriquement conductrice, 14 et 15 respectivement,-qui a constitue un plan de masse. Dans ces surfaces conductrices sont ménagés des évidements non conducteurs 7 et 8 respectivement, l'évidement 7 dans la surface 14 laissant apparaître la couche diélectrique 12 et l'évidëment 8 dans la couche 15 laissant apparaître la couche diélectrique 13. Les évidements 7 et 8 sont circulaires, avec un diamètre légèrement supérieur à la longueur de chaque dipôle, et sont situés en regard des dipôles de telle façon que ceux-ci soient entièrement contenus dans le contour cylindrique que ces évidements délimitent.To complete this structure, the receiving element finally comprises, on either side of the
L'élément ainsi proposé est intéressant à plusieurs égards : (a) les couplages lignes-dipôles et espace-dipôles peuvent être forts simultanément, grâce à la présence des plans de masse empêchant le rayonnement parasite des lignes triplaques de transmission et à celle des évidements autorisant la réception exclusivement un regard des dipôles ; (b) la réception est celle de signaux de polarisation circulaire aussi bien gauche que droite, puisque la structure proposée n'élimine aucune des deux possibilités, la séparation des uns ou des autres ne s'effectuant qu'ultérieurement ; (c) la coexistence de ces deux possibilités de réception de signaux de polarisations circulaires différentes s'accompagne d'une bonne isolation électrique entre les circuits correspondants, grâce à la séparation complète des deux dipôles 1 et 2 (à l'opposé de ce qui est décrit dans le brevet N° 4 054 874 déjà cité).The element thus proposed is interesting in several respects: (a) the line-dipole and space-dipole couplings can be strong simultaneously, thanks to the presence of ground planes preventing parasitic radiation from the three-plate transmission lines and that of the recesses authorizing the reception exclusively of a look at the dipoles; (b) the reception is that of circular polarization signals, both left and right, since the proposed structure does not eliminate either of the two possibilities, the separation of one or the other taking place only later; (c) the coexistence of these two possibilities of reception of signals of different circular polarizations is accompanied by good electrical insulation between the corresponding circuits, thanks to the complete separation of the two dipoles 1 and 2 (opposite to that which is described in patent No. 4,054,874 already cited).
L'élément peut être équipé d'une surface métallique réflectrice 16, disposée d'un côté de l'élément (voir la figure lb) et parallèlement au plan médian 10 de celui-ci. Cette disposition classique (voir par exemple la figure 2 de la demande de brevet français N° 78 31 879) renforce le rendement de réception, les ondes reçues qui atteignent ladite surface 16 étant renvoyées vers les dipôles. Ce renforcement est optimal si la distance entre cette surface 16 et le plan médian 10 est égale ou sensiblement égale au quart de la longueur J'onde associée à la fréquence des signaux utiles à recevoir (par égale, on entend électriquement équivalente compte tenu des milieux traversés ; entre la surface 16 et le plan 10, il y a en effet une couche d'air et une couche diélectrique, la couche 13).The element can be equipped with a reflecting
Les caractéristiques suivantes peuvent également être adoptées, selon les nécessités :
- (a) si les rubans qui constituent les dipôles ont des longueurs différentes, chaque dipôle peut recevoir des signaux dont les fréquences sont, de façon correspondante, différentes,
- (b) si l'on donne aux extrémités des rubans une largeur supérieure à celle de leur zone centrale, chaque dipôle peut soit assurer la réception de signaux de même fréquence mais avec des dimensions un peu réduites par rapport au cas où la largeur de chaque dipôle reste constante, soit, à dimensions maintenues égales, assurer la réception de signaux de fréquence inférieure.
- (c) enfin on peut améliorer encore l'absence quasi-totale de couplage entre les dipôles,(1) soit en les disposant l'un par rapport à l'autre de telle sorte que l'intersection des deux axes perpendiculaires suivant lesquels ils ont placés coïncide, pour chacun des dipôles, avec son minimum électrique, (2) soit même en ménageant (voir la figure 2) un petit évidement non
conducteur 20 dans la surface de chaque dipôle autour du point correspondant à l'intersection de ces deux axes (en réduisant le couplage résiduel éventuel entre les dipôles, les évidements permettent de rendre encore plus mince la feuille isolante 11 dont une trop grande épaisseur pourrait perturber la symétrie de la structure de l'élément récepteur et diminuer les avantages de celle-ci), (3) soit en combinant ces deux dispositions.
- (a) if the ribbons which constitute the dipoles have different lengths, each dipole can receive signals whose frequencies are correspondingly different,
- (b) if the ends of the ribbons are given a width greater than that of their central zone, each dipole can either ensure reception of signals of the same frequency but with slightly reduced dimensions compared to the case where the width of each dipole remains constant, that is to say, at dimensions maintained equal, ensuring reception of signals of lower frequency.
- (c) finally, it is possible to further improve the almost total absence of coupling between the dipoles, (1) either by arranging them one relative to the other so that the intersection of the two perpendicular axes along which they have placed coincides, for each of dipoles, with its electrical minimum, (2) or even by making (see FIG. 2) a small
nonconductive recess 20 in the surface of each dipole around the point corresponding to the intersection of these two axes (by reducing the residual coupling possible between the dipoles, the recesses make it possible to make theinsulating sheet 11 even thinner, too large a thickness could disturb the symmetry of the structure of the receiving element and reduce the advantages thereof), (3) either by combining these two provisions.
L'élément qui vient d'être décrit peut, conformément à l'invention, être utilisé pour la réalisation d'une antenne plane hyperfréquence composée de tout un réseau de tels éléments, selon la même technique du circuit imprimé associé à un support diélectrique, avec la structure décrite ci-dessous en référence aux figures 3a et 3b.The element which has just been described can, in accordance with the invention, be used for the production of a planar microwave antenna composed of a whole array of such elements, according to the same technique of the printed circuit associated with a dielectric support, with the structure described below with reference to Figures 3a and 3b.
Dans un premier plan médian 100 est prévu tout un ensemble de (m x n) paires de dipôles 1m,n et 2m,n (référencés de la même manière que les dipôles 1 et 2 de l'élément considéré isolément, mais avec les indices m, n pour les caractériser chacun, m et n étant, dans l'exemple ici considéré, égaux à 25, mais pouvant naturellement prendre d'autres valeurs). Dans chaque paire, les dipôles 1 m,n et 2 m,n sont, comme précédemment, disposés en croix électriquement symétrique, suivant deux axes perpendiculaires, mais en étant complètement distincts, avec une isolation électrique assurée là encore par une feuille isolante (soit une feuille unique de même surface que l'antenne complète, soit des morceaux de feuille isolante prévus seulement dans la zone des dipôles, ces morceaux pouvant eux-mêmes, éventuellement; être, limités aux dimensions juste suffisantes pour que les portions de dipôles qui sont en regard l'une de l'autre soient effectivement isolées l'une par rapport à l'autre).In a first
Les 2.(m x n) dipôles (1m,n), (2m,n) sont constitués chacun d'un ruban conducteur dont la longueur électrique est sensiblement égale à la moitié de la longueur d'onde des signaux hyperfréquences à recevoir. Pour simplifier la description de leur disposition, les dipôles sont regroupés en (m x n) premiers dipôles 1 m, n et en (m x n) deuxièmes dipôles 2m,n, , tous les premiers dipôles d'une part étant parallèles les uns aux autres d'une paire de dipôles à l'autre, tous les deuxièmes dipôles d'autre part étant également parallèles les uns aux autres d'une paire de dipôles à l'autre.The 2. (mxn) dipoles (1 m, n ), (2 m, n ) each consist of a conductive tape whose electrical length is substantially equal to half the wavelength of the microwave signals to be received. To simplify the description of their arrangement, the dipoles are grouped into ( mxn ) first dipoles 1 m, n and into (mxn)
Le plan médian 100 contient, en plus des (m x n) paires de dipôles, l'association de deux réseaux de lignes triplaques de transmission hyperfréquence, non représentés pour simplifier les figures. Ces réseaux sont, comme les lignes 3 et 4, électriquement indépendants l'un de l'autre, destinés à assurer la transmission des signaux reçus par les dipôles vers le dispositif de réception (non représenté), et composés à cet effet chacun d'une succession d'étages de combinaison des signaux reçus. De tels réseaux sont connus dans de nombreuses réalisations (voir, à titre d'exemple.non limitatif, le réseau représenté sur la figure 1 de la demande de brevet français N°70 11 449). Les (m x n) premières extrémités d'un des réseaux sont situées en regard d'une extrémité des (m x n) dipôles 1 m,n (la même pour tous ces dipôles) et alignées chacune avec l'extrémité de dipôle correspondante, de façon a réaliser avec les dipôles concernés un couplage capacitif ; de même, les (m x n) premières extrémités de l'autre réseau sont situées en regard d'une extrémité des (m x n) dipôles 2 m,n et alignées avec elles respectivement, pour réaliser également un couplage capacitif des dipôles aux réseaux. L'extrémité opposée, ou deuxième extrémité, du premier réseau est le point de convergence·de toutes les lignes de transmission composant ce réseau ; elle est équipée d'un premier connecteur et constitue une connexion destinée à être reliée aux circuits électroniques du dispositif de réception ; il en est de même pour la deuxième extrémité du deuxième réseau, équipée d'un deuxième connecteur.The
Pour compléter ladite structure, l'antenne comprend enfin, de part et d'autre du-plan médian 100, deux couches diélectriques planes 112 et 113 comportant chacune sur leur face extérieure une surface électriquement conductrice, 114 et 115 respectivement, qui constitue un plan de masse. Ces surfaces conductrices 114 et 115 comprennent chacune un ensemble de (m x n) évidements non conducteurs laissant apparaître la couche diélectrique 112 ou 113 correspondante. Ces évidements 107m,n et 108 m, n sont circulaires, avec un diamètre légèrement supérieur à la longueur des dipôles et sont situés en regard de ceux-ci, de telle façon que chaque paire de dipôles soit entièrement contenue dans le contour cylindrique délimité par les évidements correspondants.To complete said structure, the antenna finally comprises, on either side of the
L'antenne ainsi proposée présente les mêmes avant ages que l'élément unique décrit précédemment (qualité des couplages utiles, absence quasi-totale de couplages nuisibles, possibilité de réception simultanée de signaux à polarisation circulaire gauche ou droite, variantes dans les caractéristiques des dipôles, etc...)The antenna thus proposed has the same front ages as the single element described above (quality of the useful couplings, almost total absence of harmful couplings, possibility of simultaneous reception of signals with circular polarization left or right, variants in the characteristics of the dipoles , etc ...)
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits et représentés, à partir desquels d'autres variantes peuvent encore être proposées sans pour cela sortir du cadre de l'invention.Of course, the present invention is not limited to the embodiments which have just been described and shown, from which other variants can still be proposed without thereby departing from the scope of the invention.
En particulier, l'élément et l'antenne tels que décrits comprennent des dipôles, mais une réalisation sans dipôles (toutes choses presque égales par ailleurs) peut être proposée, avec les mêmes avantages essentiels rappelés ci-dessus. Dans ce cas, les dimensions des évidements sont telles que ceux-ci deviennent des diaphragmes résonnants pour la fréquence des signaux à recevoir, l'intensité du couplage diaphragmes-lignes triplaques étant alors liée à l'importance de la pénétration de l'extrémité de ces lignes dans le contour cylindrique limité par les évidements.In particular, the element and the antenna as described comprise dipoles, but an embodiment without dipoles (all other things almost equal) can be proposed, with the same essential advantages recalled above. In this case, the dimensions of the recesses are such that they become resonant diaphragms for the frequency of the signals to be received, the intensity of the coupling diaphragms-triplate lines then being linked to the importance of the penetration of the end of these lines in the cylindrical contour limited by the recesses.
D'autre part, lorsque les dipôles sont prévus, leur inclinaison reste semblable d'une paire à l'autre, mais peut être choisie de diverses façons, une des orientations les plus intéressantes étant celle où les dipôles sont inclinés à 45 degrés, ce qui permet une mise en place symétrique des premier et deuxième réseaux de lignes triplaques.On the other hand, when the dipoles are provided, their inclination remains similar from one pair to another, but can be chosen in various ways, one of the most interesting orientations being that where the dipoles are inclined at 45 degrees, this which allows symmetrical positioning of the first and second networks of triplate lines.
Si l'élément ou l'antenne selon l'invention est équipé d'une surface réflectrice métallique telle que 16 (voir l'élément de la figure lb), cette surface peut, notamment pour éviter tout couplage entre éléments récepteurs voisins, être limitée par (m x n) parois métalliques latérales de diamètre légèrement supérieur à celui des évi- dements. Ces parois sont perpendiculaires à la surface réflectrice qui constitue maintenant une paroi de fond et placées sur le plan de masse de la couche diélectrique correspondante (voir la figure 4 où un élément est représenté équipé d'une telle paroi 17). L'élément ou l'antenne peut aussi être équipé, notamment pour éviter tout rayonnement horizontal d'un élément récepteur à l'autre, d'une couronne métallique 18 de diamètre identique à celui de la paroi 17 et placée sur le plan de masse de l'autre couche diélectrique.If the element or antenna according to the invention is equipped with a metallic reflecting surface such as 16 (see the element in FIG. 1b), this surface can, in particular to avoid any coupling between neighboring receiving elements, be limited by (mxn) lateral metal walls with a diameter slightly greater than that of the recesses. These walls are perpendicular to the reflecting surface which now constitutes a bottom wall and placed on the ground plane of the corresponding dielectric layer (see Figure 4 where an element is shown equipped with such a wall 17). The element or the antenna can also be equipped, in particular to avoid any horizontal radiation from one receiving element to another, with a
Quel que soit le mode de réalisation retenu, l'élément et l'antenne qui ont été décrits précédemment-trouvent une application essentielle dans le domaine de la télévision transmise par satellites, pour l'équipement des systèmes de réception de ces signaux de télévision.Whatever the embodiment chosen, the element and the antenna which have been described above find an essential application in the field of television transmitted by satellite, for the equipment of systems for receiving these television signals.
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