EP0089084A1 - Structure d'antenne plane hyperfréquences - Google Patents

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EP0089084A1
EP0089084A1 EP83200333A EP83200333A EP0089084A1 EP 0089084 A1 EP0089084 A1 EP 0089084A1 EP 83200333 A EP83200333 A EP 83200333A EP 83200333 A EP83200333 A EP 83200333A EP 0089084 A1 EP0089084 A1 EP 0089084A1
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Electronique & Physique
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Koninklijke Philips Electronics NV
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/064—Two dimensional planar arrays using horn or slot aerials

Definitions

  • the present invention relates to a radiating element or receiver of microwave signals with left and right circular polarizations, as well as a planar antenna comprising an array of such juxtaposed elements.
  • This invention finds its application in the field of reception of 12 gigahertz television signals retransmitted by means of satellites.
  • a previous French patent application filed by the applicant company on May 4, 1981 under No. 81 08 780 describes a planar microwave antenna composed of receiver elements and comprising on the one hand two superimposed planar dielectric layers each comprising on their outer face a conductive ground plane with non-conductive recesses located two by two opposite one another and revealing the dielectric layer, on the other hand two distinct plane networks of .plate lines located in the median plane between the two layers plane dielectrics, and, optionally, pairs of dipoles arranged in a cross in the same median plane as these networks opposite the non-conductive recesses.
  • the two networks of triplate lines intended to ensure, whether the dipoles are provided or not, the coupling of each receiving element with the antenna output are arranged in the same single plane, which, taking into account the density of the lines d feeding as soon as the number of receiving elements is high enough, makes their realization quite delicate.
  • the object of the invention is to provide a more economical antenna.
  • the invention relates to a receiver element for microwave signals with left and right circular polarization (or, according to the principle of reciprocity of antennas, a radiating element for such signals produced in a similar manner) which successively comprises a first insulating layer in which is provided a mini-horn of square section and metallized interior surface, a first supply network for the reception of the signals whose polarization is of a first type, a second insulating layer in which is provided a mini-guide square section wave on the side of the first network and rectangular section at the other end, and of metallized inner surface, a second supply network for the reception of signals whose polarization is perpendicular to that of the signals received by the first network, and a third insulating layer in which a metallized interior surface mini-waveguide, of the same rectangular section on the side of the second network and short-circuited, so that its length is less than the thickness of this third layer.
  • the antenna also relates to an antenna comprising a network of such elements, juxtaposed as close as possible.
  • the antenna thus proposed, while retaining good performance and ensuring satisfactory insulation between receiving elements, is relatively simple to produce, since the supply networks are now distributed on two distinct levels, and therefore have less complexity than when implemented in a single plan.
  • FIG. 1 in perspective, an example of planar microwave antenna comprising a whole array of receiving elements in accordance with the invention
  • FIG. 2 a section showing the arrangement of the supply networks
  • FIGS. 3a and 3b two diagrams showing the installation of the depolarization device for obtaining signals with right circular polarizations and left.
  • Each of these two supply networks consists of a series of successive stages of combination of the signals received by each receiver element, according to a conventional geometric arrangement such as for example that shown in FIG. 1 of the United States patent. 'America N ° 3 587 110 issued on June 22, 1971 to the nor of the transferee RCA Corporation. Recesses can be provided (see FIG. 2) in the layers adjacent to the plane of the supply networks so as to allow, in a balanced arrangement such as that of FIG. 4 of this same cited patent, the progression of the lines of these networks from each of the individual receiver elements of the antenna to the single output connection of each of the two networks, passing through the successive combination stages.
  • a 3dB hybrid coupler is provided at the output of the two supply networks, the single output connection of one of these networks being connected to an input of the coupler and the single output connection of the other network to the other input, and the two outputs of this coupler supplying said signals with right or left circular polarization (see the diagram in FIG. 3a).
  • the present invention is not limited to the embodiment described and shown, from which variants can be proposed without thereby departing from the scope of the invention.
  • the right or left circular polarization signals can be obtained not with a 3dB hybrid coupler placed downstream of the antenna, at the output of the supply networks, but with a depolarizing device, of the type known to meanders for example, placed in front of the antenna as shown in the diagram in Figure 3b.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

Elément récepteur ou rayonnant de signaux hyperfréquences à polarisations circulaires gauche et droite comprenant successivement une première couche isolante (10) dans laquelle est prévu un mini-cornet de section carrée dont la surface intérieure est métallisée, un premier réseau d'alimentation (20) pour la réception des signaux dont la polarisation est d'un premier type, une deuxième couche isolante (30) dans laquelle est prévu un mini-guide d'onde de même section carrée du côté du premier réseau (20) et de section rectangulaire à l'autre extrémité, et de surface intérieure également metallisée, un deuxième reseau d'aimentation (40) pour la réception des signaux dont la polarisation est perpendiculaire à celle des signaux reçus par le premier reseau (20), et une troisième couche isolante (50) dans laquelle est prévu un mini-guide d'onde de même section rectangulaire du côté du deuxième réseau (40), et court-circuite de sorte que sa longueur est inférieure à l'épaisseur de cette troisième couche. Application : antennes pour systèmes de réception de télévision transmise par satellite.

Description

  • La présente invention concerne un élément rayonnant ou récepteur de signaux hyperfréquences à polarisations circulaires gauche et droite, ainsi qu'une antenne plane comprenant un réseau de tels éléments juxtaposés. Cette invention trouve son application dans le domaine de la réception des signaux de télévision à 12 gigahertz retransmis par l'intermédiaire de satellites.
  • Une précédente demande de brevet français déposée par la société demanderesse le 4 mai 1981 sous le N° 81 08 780 décrit une antenne plane hyperfréquence composée d'éléments récepteurs et comprenant d'une part deux couches diélectriques planes superposées comportant chacune sur leur face extérieure un plan de masse conducteur avec des évidements non conducteurs situés deux à deux en regard l'un de l'autre et laissant apparaître la couche diélectrique, d'autre part deux réseaux plans distincts de .lignes triplaques situés dans le plan médian entre les deux couches diélectriques planes, et, éventuellement, des paires de dipôles disposés en croix dans le même plan médian que ces réseaux en regard des évidements non conducteurs. Les deux réseaux de lignes triplaques destinés à assurer, que les dipôles soient prévus ou non, le couplage de chaque élément récepteur avec la sortie d'antenne sont disposés dans un même et unique plan, ce qui, compte tenu de la densité des lignes d'alimentation dès que le nombre d'éléments récepteurs est assez élevé, rend leur réalisation assez délicate.
  • Le but de l'invention est de proposer une antenne plus économique. L'invention concerne à cet effet un élément récepteur de signaux hyperfréquences à polarisation circulaires gauche et droite (ou, selon le principe de réciprocité des antennes, un élément rayonnant de tels signaux réalisé de façon similaire) qui comprend successivement une première couche isolante dans laquelle est prévu un mini-cornet de section carrée et de surface intérieure métallisée, un premier réseau d'alimentation pour la réception des signaux dont la polarisation est d'un premier type, une deuxième couche isolante dans laquelle est prévu un mini-guide d'onde de section carrée ducôté du premier réseau et de section rectangulaire à l'autre extrémité, et de surface intérieure métallisée, un deuxième réseau d'alimentation pour la réception des signaux dont la polarisation est perpendiculaire à celle des signaux reçus par le premier réseau, et une troisième couche isolante dans laquelle est prévu un mini-guide d'onde de surface intérieure métallisée, de même section rectangulaire du côté du deuxième réseau et court-circuité, de sorte que sa longueur est inférieure à l'épaisseur de cette troisième couche. Elle concerne aussi une antenne comprenant un réseau de tels éléments, juxtaposés aussi près que possible. Avec une telle structure, l'antenne ainsi proposée, tout en conservant un bon rendement et en assurant une isolation satisfaisante entre éléments récepteurs, est de réalisation relativement simple , car les réseaux d'alimentation sont maintenant répartis sur deux niveaux distincts, et présentent donc une moindre complexité que lors d'une mise en place dans un plan unique.
  • Les particularités de l'invention seront maintenant précisées dans la description qui suit et dans les dessins annexés qui montrent, sur la figure 1, en perspective, un exemple d'antenne plane hyperfréquence comprenant tout un réseau d'éléments récepteurs conformes à l'invention, sur la figure 2, une coupe mettant en évidence la disposition des réseaux d'alimentation, et, sur les figures 3a et 3b, deux schémas montrant la mise en place du dispositif de dépolarisation pour l'obtention des signaux à polarisations circulaires droite et gauche.
  • L'exemple de réalisation de la figure 1 consiste en une antenne présentant la structure de couches successives suivante :
    • - un réseau de mini-cornets lla à lln, de section droite carrée a x a et à ouverture évasée et parois métallisées sont juxtaposés dans une première couche isolante 10, de façon à assurer le guidage des signaux hyperfréquences à polarisation circulaire gauche ou droite qui se présentent face à l'antenne du côté de la section la plus grande de ces mini-cornets. Ceux-ci doivent être disposés aussi près que possible, c'est-à-dire que les parois qui les séparent doivent être aussi minces que possible, pour les motifs suivants : obtenir le gain maximal grâce à une surface maximale, éviter le couplage mutuel entre deux mini-cornets voisins, améliorer l'adaptation en réduisant les surfaces passives génératrices de réflexions.
    • - appliqué contre cette couche 10 du côté de la section la plus faible a x a des mini-cornets, une mince feuille diélectrique 19 porte les lignes de transmission conductrices d'un premier réseau d'alimentation 20 couplé aux guides d'onde que constituent ces mini-cornets pour prélever dans chacun d'entre eux les signaux hyperfréquences ayant une polarisation linéaire déterminée ;
    • - une deuxième couche isolante 30 comprend ensuite un deuxième réseau de mini-guides d'onde 3la à 31n à parois également métallisées. Sur la première moitié de leur longueur, c'est-à-dire sur une longueur de λg/4 (λg étant la longueur d'onde des signaux dans les guides d'ondes), ces mini-guides d'onde ont la même section droite carrée a x a que la plus faible des sections carrées des mini-cornets lla à lln, et, sur la deuxième moitié, une section réduite a x b de forme rectangulaire, selon la disposition décrite par exemple sur la figure 1, page 379, de la revue "IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques", 13, N°3, mai 1965, ou en page 162, colonne 2, lignes 43 à 48, de la revue "Electronics" de septembre 1954. Les mini-guides d'onde 31a à 31n, prévus en regard des mini-cornets lla à lln, sont destinés à assurer le guidage des signaux hyperfréquences reçus dont la polarisation est également linéaire mais perpendiculaire à celle des signaux prélevés par le premier réseau d'alimentation 20 ;
    • - appliqué contre cette couche 30, du côté de la section droite réduite rectangulaire des mini-guides d'onde 31a à 31n, une deuxième feuille diélectrique 39 porte les lignes conductrices d'un deuxième réseau d'alimentation 40, identique au premier mais tourné de 90° par rapport à celui-ci, et couplé aux mini-guides 31a à 31n pour prélever dans chacun d'eux les signaux hyperfréquences ayant une polarisation linéaire perpendiculaire à celle des signaux prélevés par le premier réseau 20 ;
    • - enfin, une troisième et dernière couche isolante 50 comprend un troisième réseau de mini-guides d'onde 51a à 51n à parois et fond métallisés et à section droite égale à la section réduite rectangulaire a x b des mini-guides d'onde 31a à 31n. Les parois de ces mini-guides d'onde 51a à 51n ont une profondeur de λg/4, et leurs fonds constituent autant de plans réflecteurs situés à une distance optimale des réseaux d'alimentation 40 et 20.
  • Chacun de ces deux réseaux d'alimentation est constitué d'une série d'étages de combinaison successifs des signaux reçus par chaque élément récepteur, selon une disposition géométrique classique telle que par exemple celle représentée sur la figure 1 du brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3 587 110 délivré le 22 juin 1971 au nor de la société cessionnaire RCA Corporation. Des évidements peuvent être prévus (voir la figure 2) dans les couches adjacentes au plan des réseaux d'alimentation de façon à permettre, selon une disposition équilibrée telle que celle de la figure 4 de ce même brevet cité, la progression des lignes de ces réseaux depuis chacun des éléments récepteurs individuels de l'antenne vers la connexion unique de sortie de chacun des deux réseaux, en passant par les étages de combinaison successifs.
  • Pour permettre ensuite la reconstitution des signaux à polarisation circulaire droite et à polarisation circulaire gauche, un coupleur hybride 3dB est prévu en sortie des deux réseaux d'alimentation, la connexion unique de sortie de l'un de ces réseaux étant reliée à une entrée du coupleur et la connexion unique de sortie de l'autre réseau à l'autre entrée, et les deux sorties de ce coupleur fournissant lesdits signaux à polarisation circulaire droite ou gauche (voir le schéma de la figure 3a).
  • Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit et représenté, à partir duquel des variantes peuvent être proposées sans pour cela sortir du cadre de l'invention. En particulier, l'obtention des signaux à polarisation circulaire droite ou gauche peut être réalisée non pas avec un coupleur hybride 3dB placé en aval de l'antenne, en sortie des réseaux d'alimentation, mais avec un dispositif dépolariseur, du type connu à méandres par exemple, placé devant l'antenne comme le montre le schéma de la figure 3b.

Claims (2)

1. Elément récepteur de signaux hyperfréquences à polarisations circulaires gauche et droite ou, selon le principe de réciprocité des antennes, élément rayonnant de tels signaux réalisé de façon similaire, caractérisé en ce qu'il comprend successivement :
- une première couche isolante (10) dans laquelle est prévu un mini-cornet de section carrée dont la surface intérieure est métallisée ;
- un premier réseau d'alimentation (20) pour la réception des signaux dont la polarisation est d'un premier type ;
- une deuxième couche isolante (30) dans laquelle est prévu L. mini-guide d'onde de même section carrée du côté du premier réseau 20) et de section rectangulaire à l'autre extrémité, et dont la surface intérieure est également métallisée ;
- un deuxième réseau d'alimentation (40) pour la réception des signaux dont la polarisation est perpendiculaire à celle des signaux reçus par le premier réseau (20) ;
- une troisième couche isolante (50) dans laquelle est prévu un mini-guide d'onde de même section rectangulaire du côté du deuxième réseau (40), et court-circuité de sorte que sa longueur est inférieure à l'épaisseur de cette troisième couche.
2. Antenne plane hyperfréquence pour la réception, ou le rayonne-ent, de signaux hyperfréquences à polarisations circulaires gauche et droite, caractérisée en ce qu'elle comprend un réseau d'éléments juxtaposés conformes à la revendication 1.
EP83200333A 1982-03-12 1983-03-10 Structure d'antenne plane hyperfréquences Expired EP0089084B1 (fr)

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EP0089084A1 true EP0089084A1 (fr) 1983-09-21
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