EP0064313B1 - Elément rayonnant ou récepteur de signaux hyperfréquences à polarisations circulaires et antenne plane hyperfréquence comprenant un réseau de tels éléments - Google Patents

Elément rayonnant ou récepteur de signaux hyperfréquences à polarisations circulaires et antenne plane hyperfréquence comprenant un réseau de tels éléments Download PDF

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EP0064313B1
EP0064313B1 EP82200487A EP82200487A EP0064313B1 EP 0064313 B1 EP0064313 B1 EP 0064313B1 EP 82200487 A EP82200487 A EP 82200487A EP 82200487 A EP82200487 A EP 82200487A EP 0064313 B1 EP0064313 B1 EP 0064313B1
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EP
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dipoles
signals
plane
planar
received
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EP82200487A
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German (de)
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Inventor
François de Ronde
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Laboratoires dElectronique et de Physique Appliquee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
Koninklijke Philips Electronics NV
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H01Q21/0075—Stripline fed arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/06—Details
    • H01Q9/065—Microstrip dipole antennas

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
  • French patent application FR-A-2 408 921 describes an antenna comprising on the one hand radiating elements or receivers of microwave signals and on the other hand, associated with these, microwave transmission line termination structures .
  • this termination structure only allows the reception of microwave signals of a single type of circular polarization and, moreover, the radiating and receiving elements consist of a set of three annular slots operating in a different and more complex way than the elements provided in this case.
  • 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 invention firstly relates, for this purpose, to a receiver element for microwave signals with circular polarizations produced in planar structure according to the printed circuit technique associated with a dielectric support, or, according to the principle of reciprocity of antennas, a radiating element.
  • said element comprising on the one hand two superimposed planar dielectric layers (12) and (13) each comprising on their outer face an electrically conductive surface (14) or (15) which constitutes a plane called mass and on the other hand, in the median plane (10) located between these layers, two separate triplate lines (3) and (4) of microwave transmission whose ends, called first, are respectively arranged along two substantially perpendicular and radial axes , characterized in that it is provided in each of the conductive surfaces with circular coaxial recesses with a diameter close to half the wavelength signals to be received, these recesses revealing the dielectric layers (12) and (13) and being situated opposite said first line ends to achieve with them a coupling allowing the transmission of the microwave signals to be received, and in
  • 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 receive 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 for. electrically separate from each other at least the portions of these two dipoles which are opposite one another, and this pair of dipoles being situated opposite the recesses.
  • both of these two structures have the same essential advantages, namely the possibility of receiving signals with left or right circular polarization at the same time, and the almost total absence of coupling between the circuits corresponding to these two types of received signals since in 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 length 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 the line 3 is located opposite one end of the dipole 1 and aligned with it, so as to achieve with this dipole a capacitive coupling and, similarly, a first end 4a of the line 4 is located in sight of 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 pin dietary 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 triplate transmission lines and to that of the recesses authorizing reception exclusively with regard to the dipoles;
  • 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 only taking place 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 reflective metal 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. FR-A-2 408 921 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 wavelength associated with the frequency of the useful signals to be received (by equal is meant electrically equivalent taking into account the media crossed; between the surface 16 and plane 10, there is indeed an air layer and a dielectric layer, 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 min 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 being able to naturally take other values).
  • the dipoles 1 m . n and 2 m In each pair, 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 (either a single sheet with the same surface area as the complete antenna, or pieces of insulating sheet provided only in the dipole area, these pieces possibly themselves being limited to the dimensions just sufficient for the portions of dipoles facing each other to be effectively isolated. one in relation to the other).
  • an insulating sheet either a single sheet with the same surface area as the complete antenna, or pieces of insulating sheet provided only in the dipole area, these pieces possibly themselves being limited to the dimensions just sufficient for the portions of dipoles facing each other to be effectively isolated. one in relation to the other).
  • 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 min and (mxn) second dipoles 2 m . n . all the first dipoles on the one hand being parallel to one another from a pair of dipoles to the other, all the second - my dipoles on the other hand being also parallel to each other for a pair of dipoles at 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 shown in FIG. 1 of French patent application No. 2,050,408).
  • the first (mxn) ends of one of the networks are located opposite one end of the 1 min dipoles (mxn) (the same for all these dipoles) and each aligned with the corresponding dipole end, so as to achieve with the dipoles concerned a capacitive coupling; similarly, the first (mxn) ends of the other network are located opposite one end of the (mxn) 2 m dipoles. 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 composing 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 of mass.
  • 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 min recesses are circular, with a diameter slightly greater than the length of the dipoles and are located opposite them, in such a way that each pair of dipoles is entirely contained in the cylindrical contour delimited by the corresponding recesses.
  • the antenna thus proposed has the same advantages as the single element described above (quality of the useful couplings, almost total absence of harmful couplings, possibility of simultaneous reception of signals with left or right circular polarization, variations 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 these 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 FIG. 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 ring 18 of diameter identical to that of the wall 17 and placed on the ground plane on 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 equipping the 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)

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.
  • La demande de brevet français FR-A-2 408 921 décrit bien une antenne comprenant d'une part des éléments rayonnants ou récepteurs de signaux hyperfréquences et d'autre part, associées à ceux-ci, des structures de terminaison de ligne de transmission hyperfréquence. Mais cette structure de terminaison ne permet la réception que de signaux hyperfréquences d'un seul type de polarisation circulaire et, par ailleurs, les éléments rayonnants et récepteurs sont constitués d'un jeu de trois fentes annulaires fonctionnant de façon différente et plus complexe que les éléments prévus dans le cas présent.
  • 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.
  • 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, ledit élément comprenant d'une part deux couches diélectriques planes superposées (12) et (13) comportant chacune sur leur face extérieure une surface électriquement conductrice (14) ou (15) qui constitue un plan dit de masse et d'autre part, dans le plan médian (10) situé entre ces couches, deux lignes triplaques distinctes (3) et (4) de transmission hyperfréquence dont les extrémités, dites premières, sont respectivement disposées suivant deux axes sensiblement perpendiculaires et radiaux, caractérisé en ce qu'il est prévu dans chacune des surfaces conductrices des évidements circulaires coaxiaux avec un diamètre voisin de la moitié de la longueur d'onde des signaux à recevoir, ces évidements laissant apparaître les couches diélectriques (12) et (13) et étant situés en regard desdites premières extrémités de ligne pour réaliser avec celles-ci un couplage permettant la transmission des signaux hyperfréquences à recevoir, et en ce que chacune des deux autres extrémités, dites deuxièmes, des lignes triplaques (3) et (4) constitue une connexion destinée à être reliée aux circuits électroniques de réception.
  • Dans un mode particulier 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.
  • 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.
  • L'invention concerne également une antenne à réseau d'éléments 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 la couche diélectrique correspondante et situés en regard des (m x n) paires de dipôles.
  • 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.
  • 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, donnés à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels :
    • la figure 1a est une vue de dessus d'un élément de réception conforme à l'invention et la figure 1 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.
  • L'élément récepteur représenté sur les figures 1a et 1b 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).
  • 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.
  • Pour compléter cette structure, l'élément récepteur comprend enfin, de part et d'autre du plan médian 10, deux couches diétectriques pia- nes 12 et 13 comportant chacune sur leur face extérieure une surface électriquement conductrice, 14 et 15 respectivement, qui 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'évidement 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.
  • 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 en 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).
  • L'élément peut être équipé d'une surface métallique réflectrice 16, disposée d'un côté de l'élément (voir la figure 1b) 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° FR-A-2 408 921 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 d'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).
  • 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 sont 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.
  • 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.
  • Dans un premier plan médian 100 est prévu tout un ensemble de (m x n) paires de dipôles 1 m.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 1m.n et 2m.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).
  • 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 1m.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 deuxiè--mes dipôles d'autre part étant également parallèles les uns aux autres d'une paire de dipôles à l'autre.
  • 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° 2 050 408). Les (m x n) premières extrémités d'un des réseaux sont situées en regard d'une extrémité des (m x n) dipôles 1m.n (la même pour tous ces dipôles) et alignées chacune avec l'extrémité de dipôle correspondante, de façon à 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 2m.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.
  • 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 107 m,n et 108m.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.
  • L'antenne ainsi proposée présente les mêmes avantages 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...)
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 1b), 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 évidements. 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.
  • 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.

Claims (9)

1. Elément 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, élément rayonnant de tels signaux réalisé de façon similaire, ledit élément comprenant d'une part deux couches diélectriques planes superposées (12) et (13) comportant chacune sur leur face extérieure une surface électriquement conductrice (14) ou (15) qui constitue un plan dit de masse et d'autre part, dans le plan médian (10) situé entre ces couches, deux lignes triplaques distinctes (3) et (4) de transmission hyperfréquence dont les extrémités, dites premières, sont respectivement disposées suivant deux axes sensiblement perpendiculaires et radiaux, caractérisé en ce qu'il est prévu dans chacune des surfaces conductrices des évidements circulaires coaxiaux avec un diamètre voisin de la moitié de la longueur d'onde des signaux à recevoir, ces évidements laissant apparaître les couches diélectriques (12) et (13) et étant situés en regard desdites premières extrémités de ligne pour réaliser avec celles-ci un couplage permettant la transmission des signaux hyperfréquences à recevoir, et en ce que chacune des deux autres extrémités, dites deuxièmes, des lignes triplaques (3) et (4) constitue une connexion destinée à être reliée aux circuits électroniques de réception.
2. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend également dans le même plan médian (10) 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 suivant lesdits axes pour permettre un couplage effectif entre ces dipôles et les lignes triplaques de transmission correspondantes (3) et (4), une feuille isolante (11) 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.
3. Elément selon la revendication 2, caractérisé en ce que les rubans constituant les dipôles (1) et (2) ont des longueurs différentes mais voisines.
4. Elément selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les rubans constituant les dipôles (1) et (2) sont plus larges à leurs extrémités que dans leur zone centrale.
5. Elément selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'en vue de dessus l'intersection des deux axes suivant lesquels sont disposés les dipôles (1) et (2) coïncide pour chaque dipôle avec son minimum électrique.
6. Elément selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'un petit évidement non conducteur (20) est prévu dans la surface de chaque dipôle (1) ou (2), autour du point correspondant à l'intersection des deux axes suivant lesquels sont disposés ces dipôles.
7. Antenne plane hyperfréquence à réseau d'éléments récepteurs conformes à la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend la structure symétrique suivante :
(A) deux couches diélectriques planes , superposées (112) et (113) comportant chacune sur leur face extérieure une surface électriquement conductrice (114) ou (115) qui constitue un plan dit de masse et, dans chacune de ces surfaces conductrices, (m x n) évidements non conducteurs (107m,"), (108m.n) laissant apparaître la couche diélectrique correspondante et situés deux à deux en regard les uns des autres ;
(B) dans le plan médian (100) situé entre les deux couches (112) et (113), 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 suffisamment en regard des 2.(m x n) évidements pour réaliser avec ceux-ci un couplage permettant 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.
8. Antenne plane hyperfréquence à réseau d'éléments récepteurs conformes à l'une des revendications 2 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend la structure symétrique suivante :
A) dans un plan médian (100) un ensemble de (m x n) paires de dipôles répartis en premiers et deuxièmes dipôles (1m.n) et (2m.n) disposés respectivement suivant deux axes pratiquement perpendiculaires, les premiers dipôles (1m.n) d'une part, les deuxièmes dipôles (2m,n) d'autre part, étant parallèles les uns aux autres d'une paire de dipôles à l'autre ;
B) dans le même plan médian (100), 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 (1m,n) pour l'un des réseaux et d'une extrémité des (m x n) deuxièmes dipôles (2m,") 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 (100), deux couches diélectriques planes (112) et (113) comportant chacune sur leur face extérieure une surface électriquement conductrice (114) ou (115) qui constitue un plan dit de masse et, dans chacune de ces surfaces conductrices, (m x n) évidements non conducteurs (7m,n) ou (8m.n) laissant apparaître la couche diélectrique correspondante et situés en regard des (m x n) paires de dipôles.
9. Antenne selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisée en ce qu'elle comprend (m x n) couronnes métalliques (18) de contour semblable à celui des évidements non conducteurs (7m,n) situés du côté correspondant, ces couronnes reposant sur le plan de masse et lui étant perpendiculaires.
EP82200487A 1981-05-04 1982-04-23 Elément rayonnant ou récepteur de signaux hyperfréquences à polarisations circulaires et antenne plane hyperfréquence comprenant un réseau de tels éléments Expired EP0064313B1 (fr)

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