EP0108463B1 - Radiating element for cross-polarized microwave signals and planar antenna consisting of an array of such elements - Google Patents
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- EP0108463B1 EP0108463B1 EP83201588A EP83201588A EP0108463B1 EP 0108463 B1 EP0108463 B1 EP 0108463B1 EP 83201588 A EP83201588 A EP 83201588A EP 83201588 A EP83201588 A EP 83201588A EP 0108463 B1 EP0108463 B1 EP 0108463B1
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Definitions
- the invention relates to a radiating element of orthogonal linear polarized microwave signals, comprising a first plate, comprised between a said second plate and a said third plate, the faces of which face towards the external medium are conductive, and further comprising, arranged on one side and on the other side of the first plate along perpendicular axes, microstrip conductors, the ends of which are coupled with the external medium to each transport a linear polarization.
- the invention also relates to a planar antenna comprising an array of such juxtaposed elements, and finds in particular an application in the field of reception of 12 gigahertz television signals retransmitted by means of satellites.
- a receiving element or an antenna composed of a network of receiving elements
- a transmitting element as a transmitting antenna
- a planar antenna comprising such elements is described in the article "New wideband high-gain stripline planar array for 12 GHz satellite TV" by E. Rammos, published in the review Electronics letters, Volume 18, n ° 6, 18 March 1982, pages 252 and 253.
- Another radiating element is known from the French document FR-A-2 408 921.
- This document describes a radiating element of microwave signals with low bandwidths, centered on two lengths, one corresponding to the frequency 1.2 GHz and the other at the frequency 1.5 GHz, these signals being moreover circularly polarized and the element consisting of three plates: a first dielectric plate on the faces of which microstrip lines are made on either side, a second plate on the external face of which circular and concentric slots are formed in a conductive layer, and a third plate whose external face is conductive and constitutes a ground plane.
- microstrip lines of the radiating element is such that their ends are arranged along radii of the circular slots, and orthogonally to one another.
- the sections of microstrips extending these ends are then placed opposite one another, on either side of the first dielectric plate to form a 90 ° coupler.
- the microstrip conductor produced on the side closest to the ground plane is then connected to a coaxial line, while the microstrip conductor produced on the side closest to the circular slots is terminated by an impedance matching device.
- This radiating element although allowing the realization of a flat antenna, for the reception or the emission of microwave signals with circular polarizations is not proposed for the reception of television broadcasts relayed by artificial satellites. Indeed, the structure including concentric circular slots of the radiating element described in the cited document only allows operation in a narrow band around given frequencies.
- the microstrip lines are produced on the faces of a thick dielectric plate whose dielectric properties must be excellent to avoid losses as well as possible.
- the object of the invention is to propose a radiating element and an antenna (composed of a network of such elements) by means of which the problems posed by the application for the reception of television broadcasts relayed by satellites are resolved.
- the invention relates to a radiating element as defined in the preamble, furthermore conforming to the characteristics of claim 1.
- the invention relates, on the other hand, to a planar microwave antenna composed of a whole network of such elements and produced with similar characteristics.
- This element comprises the following structure: on either side of a first layer 10, in which a first recess 11 (in this example, circular) of metallized interior surface is provided, a first transmission line 20 and a second transmission line 30 consisting of conductive strips 21 and 31 carried in the median plane of grooves 22 and 32 by a thin dielectric sheet 23 and 33 providing mechanical support for the conductors.
- the end of the central conductors of these suspended ribbon microwave transmission lines referenced 24 and 34 penetrates along two perpendicular axes inside the recesses, thus constituting two excitation probes which achieve coupling with the propagation medium allowing reception of the signals microwave; these two ends have a penetration length opposite the recess which is distinct, as specified below.
- the other end of each line constitutes its output, in the case of reception.
- a second layer 40 also comprising a second recess 41 of metallized interior surface located opposite the first recess 11, and similarly, on the other side of the line 30 is provided a third layer 50 with a third recess 51 of metallized interior surface located opposite the other two.
- This recess 51 is short-circuited in a plane parallel to the faces of the layers, at a distance from the line 30 of course less than the thickness of the layer 50, so as to constitute a single reflective plane for the received microwave signals.
- the element thus described behaves like a waveguide-line transition with a suspended substrate, in which the axis of the guide is perpendicular to the plane of the lines.
- the first, second and third layers 10, 40 and 50 may be metallic, or else made of a dielectric material with metallization of the walls of the recesses 11, 41 and 51 which pass through them respectively.
- the diameter of the recesses must be both sufficiently small, relative to the wavelength associated with the frequency of the microwave signals, to avoid the appearance or attenuate the propagation of the undesirable higher modes and sufficiently large to allow the propagation of the main mode in the considered bandwidth.
- the recess 41 ends with a tapered flare 61 possibly covered with a polyurethane type screen, these arrangements helping to enhance the gain and improve the characteristics of the radiation.
- a 3 dB hybrid coupler can be provided, with its two inputs connected respectively to the outputs of lines 20 and 30 and its two outputs providing said right and left circularly polarized signals. It is also possible, instead of the coupler, to provide a depolarizing structure in front of the receiving element. Finally, without a coupler or depolarizing structure, signals are obtained having two perpendicular linear polarizations.
- the present invention is not limited to the receiving or radiating element described above, from which variants can moreover be proposed without thereby departing from the scope of the invention.
- the invention also relates to a planar microwave antenna which is composed of a whole network of such receiving elements, the conditions seen previously and relating to the diameter of the recesses then being supplemented by the fact that, for placing the elements in such a way satisfactory next to each other, this diameter must be sufficiently small (compared to the wavelength in vacuum associated with the frequency of the microwave signals) so that the distance between the elements can be less than said wavelength . It is indeed only with this last condition that the appearance of undesirable secondary lobes, called lobes of the network, is avoided.
- this radiating or receiving antenna is quite similar to that of the radiating or receiving element, and everything that has been said above about it can be transposed as is in the case of the antenna , except for transmission lines.
- the antenna no longer comprises only two transmission lines leading from the receiving element to two output connections but, more precisely, two networks of microwave transmission lines, electrically independent like lines 20 and 30 and intended , like them, to ensure the transmission of the microwave signals received towards the electronic circuits external to the antenna.
- a 3 dB hybrid coupler can be provided (or, instead of the coupler, a depolarizing structure in front of the entire antenna) for the reconstruction of the polarized signals. left and right circular.
- These networks are each composed, in a manner well known in numerous embodiments (see in particular the network structure represented in FIG. 1 of French patent application FR-A-2 050 408, of a succession of combination stages. If the antenna includes n radiating elements, the first n ends of each network serve, as already described for a single radiating element, for coupling with the propagation space of the signals to be received, while the opposite opposite end of each of the two networks, the point of convergence of all the transmission lines across the successive combination stages, is connected to the electronic reception circuits external to the antenna (and, for example, in the first place to one and the other of the two inputs of the 3 dB coupler which allows the reconstruction of signals with right and left circular polarizations).
- An antenna produced in this way lends itself particularly well to a low-cost modular embodiment, in which elementary blocks forming subsets of radiating elements can be used in an appropriate number and by joined assembly for the constitution of antennas of dimensions , gain and directivity diagram well determined, either for example a symmetrical antenna of square shape, or more generally asymmetrical antennas, in particular of rectangular shape, having different radiation patterns in two orthogonal planes.
- This last characteristic is particularly interesting for the antennas of reception of television signals with 12 gigahertz retransmitted by satellites, since an opening to 3 dB lower than 2 ° is in this case essential only in the equatorial plane to separate the signals of two “distant” satellites, in this plane, of 3 ° (see the recommendations of the CCIR, Geneva, 1977).
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Description
L'invention concerne un élément rayonnant de signaux hyperfréquences à polarisation linéaires orthogonales, comprenant une première plaque, comprise entre une dite seconde plaque et une dite troisième plaque dont les faces tournées vers le milieu extérieur sont conductrices, et comprenant en outre, disposés de part et d'autre de la première plaque selon des axes perpendiculaires, des conducteurs microrubans dont les extrémités sont couplées avec le milieu extérieur pour transporter chacune une polarisation linéaire.The invention relates to a radiating element of orthogonal linear polarized microwave signals, comprising a first plate, comprised between a said second plate and a said third plate, the faces of which face towards the external medium are conductive, and further comprising, arranged on one side and on the other side of the first plate along perpendicular axes, microstrip conductors, the ends of which are coupled with the external medium to each transport a linear polarization.
L'invention concerne également une antenne plane comprenant un réseau de tels éléments juxtaposés, et trouve notamment une application dans le domaine de la réception des signaux de télévision à 12 gigahertz retransmis par l'intermédiaire de satellites. Il va de soi qu'étant donné le caractère de réciprocité d'une antenne, un élément récepteur (ou une antenne composée d'un réseau d'éléments récepteurs) est capable de fonctionner en élément émetteur (en antenne émettrice) sans aucune modification de ses caractéristiques. Cette remarque reste valable sans exception tout au long de la description qui va suivre, et les mots réception, recevoir, récepteur pourront toujours être remplacés par les mots émission, émettre, émetteur.The invention also relates to a planar antenna comprising an array of such juxtaposed elements, and finds in particular an application in the field of reception of 12 gigahertz television signals retransmitted by means of satellites. It goes without saying that, given the reciprocity of an antenna, a receiving element (or an antenna composed of a network of receiving elements) is capable of operating as a transmitting element (as a transmitting antenna) without any modification of his characteristics. This remark remains valid without exception throughout the description which follows, and the words reception, receive, receiver may always be replaced by the words send, send, transmitter.
Une antenne plane comprenant de tels éléments est décrite dans l'article «New wideband high-gain stripline planar array for 12 GHz satellite TV» de E. Rammos, paru dans la revue Elec- tronics letters, Volume 18, n° 6, 18 mars 1982, pages 252 et 253.A planar antenna comprising such elements is described in the article "New wideband high-gain stripline planar array for 12 GHz satellite TV" by E. Rammos, published in the review Electronics letters, Volume 18, n ° 6, 18 March 1982, pages 252 and 253.
Un autre élément rayonnant est connu du document français FR-A-2 408 921. Ce document décrit un élément rayonnant de signaux hyperfréquences à faibles bandes passantes, centrées sur deux longueurs correspondant l'une à la fréquence 1,2 GHz et l'autre à la fréquence 1,5 GHz, ces signaux étant en outre polarisés circulairement et l'élément étant constitué de trois plaques: une première plaque diélectrique sur les faces de laquelle sont réalisées, de part et d'autre, des lignes microrubans, une seconde plaque sur la face externe de laquelle des fentes circulaires et concentriques sont pratiquées dans une couche conductrice, et une troisième plaque dont la face externe est conductrice et constitue un plan de masse.Another radiating element is known from the French document FR-A-2 408 921. This document describes a radiating element of microwave signals with low bandwidths, centered on two lengths, one corresponding to the frequency 1.2 GHz and the other at the frequency 1.5 GHz, these signals being moreover circularly polarized and the element consisting of three plates: a first dielectric plate on the faces of which microstrip lines are made on either side, a second plate on the external face of which circular and concentric slots are formed in a conductive layer, and a third plate whose external face is conductive and constitutes a ground plane.
La réalisation des lignes microrubans de l'élément rayonnant selon le document cité est- telle que leurs extrémités sont disposées selon des rayons des fentes circulaires, et orthogonalement l'une vis-à-vis de l'autre. Les tronçons de microrubans prolongeant ces extrémités sont ensuite disposés vis-à-vis l'un de l'autre, de part et d'autre de la première plaque diélectrique pour former un coupleur 90°. Le conducteur microruban réalisé sur la face la plus proche du plan de masse est alors relié à une ligne coaxiale, alors que le conducteur microruban réalisé sur la face la plus proche des fentes circulaires est terminé par un dispositif d'adaptation d'impédance.The production of the microstrip lines of the radiating element according to the cited document is such that their ends are arranged along radii of the circular slots, and orthogonally to one another. The sections of microstrips extending these ends are then placed opposite one another, on either side of the first dielectric plate to form a 90 ° coupler. The microstrip conductor produced on the side closest to the ground plane is then connected to a coaxial line, while the microstrip conductor produced on the side closest to the circular slots is terminated by an impedance matching device.
Cet élément rayonnant, bien que permettant la réalisation d'une antenne plane, pour la réception ou l'émission de signaux hyperfréquences à polarisations circulaire n'est pas proposé pour la réception des émissions de télévision relayées par satellites artificiels. En effet, la structure incluant des fentes circulaires concentriques de l'élément rayonnant décrit dans le document cité ne permet que le fonctionnement en bande étroite autour de fréquences données.This radiating element, although allowing the realization of a flat antenna, for the reception or the emission of microwave signals with circular polarizations is not proposed for the reception of television broadcasts relayed by artificial satellites. Indeed, the structure including concentric circular slots of the radiating element described in the cited document only allows operation in a narrow band around given frequencies.
De plus dans l'élément rayonnant considéré comme état de la technique, les lignes microrubans sont réalisées sur les faces d'une plaque diélectrique épaisse dont les propriétés diélectriques doivent être excellentes pour éviter au mieux les pertes.In addition, in the radiating element considered as state of the art, the microstrip lines are produced on the faces of a thick dielectric plate whose dielectric properties must be excellent to avoid losses as well as possible.
En ce qui concerne la seconde et la troisième plaque, qui sont également diélectriques, leur qualité intervient aussi dans la qualité de l'antenne.With regard to the second and third plates, which are also dielectric, their quality also plays a role in the quality of the antenna.
Le but de l'invention est de proposer un élément rayonnant et une antenne (composée d'un réseau de tels éléments) au moyen duquel les problèmes posés par l'application à la réception des émissions de télévision relayées par satellites sont résolus.The object of the invention is to propose a radiating element and an antenna (composed of a network of such elements) by means of which the problems posed by the application for the reception of television broadcasts relayed by satellites are resolved.
A cet effet, l'invention concerne un élément rayonnant tel que défini dans le préambule, en outre conforme aux caractéristiques de la revendication 1.To this end, the invention relates to a radiating element as defined in the preamble, furthermore conforming to the characteristics of claim 1.
Dans la structure ainsi proposée, l'utilisation de lignes de transmission à substrat suspendu et la possibilité, résultant principalement de l'utilisation de telles lignes, de réaliser une adaptation des sondes excitatrices par un choix différent de leurs longueurs selon la distance entre ces sondes contribuent à accroître très sensiblement les caractéristiques de rayonnement. Par ailleurs, cette structure permet une réalisation mécanique très simple tout en permettant d'espacer assez largement les plans dans lesquels se trouvent les deux sondes excitatrices, ce qui autorise en particulier la mise en place, dans les couches, des cannelures formant avec les conducteurs les lignes de transmission (ce guidage dans l'air permet alors d'utiliser un diélectrique de qualité ordinaire du point de vue de ses propriétés hyperfréquences, sans que ses pertes deviennent gênantes).In the structure thus proposed, the use of transmission lines with suspended substrate and the possibility, mainly resulting from the use of such lines, to carry out an adaptation of the excitation probes by a different choice of their lengths according to the distance between these probes help to significantly increase the radiation characteristics. Furthermore, this structure allows a very simple mechanical production while allowing the planes in which the two excitation probes are located to be fairly widely spaced, which in particular allows the installation, in the layers, of grooves forming with the conductors. the transmission lines (this guidance in the air then makes it possible to use a dielectric of ordinary quality from the point of view of its microwave properties, without its losses becoming troublesome).
L'invention concerne, d'autre part, une antenne plane hyperfréquence composée de tout un réseau de tels éléments et réalisés avec des caractéristiques similaires.The invention relates, on the other hand, to a planar microwave antenna composed of a whole network of such elements and produced with similar characteristics.
Les particularités et avantages de l'élément et de l'antenne ainsi concernés apparaîtront maintenant de façon plus précise dans la description qui suit et dans les dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif et dans lesquels:
- - la figure 1 montre un mode de réalisation de l'élément récepteur selon l'invention;
- - la figure 2 montre une disposition des sondes excitatrices permettant d'obtenir un gain élevé pour l'élément récepteur;
- - la figure 3 est une vue en coupe partielle suivant l'axe AA de la figure 1 et met en évidence la disposition des lignes de transmission selon la structure dite à substrat suspendu.
- - Figure 1 shows an embodiment of the receiver element according to the invention;
- - Figure 2 shows an arrangement of the excitation probes to obtain a high gain for the receiving element;
- - Figure 3 is a partial sectional view along the axis AA of Figure 1 and highlights the arrangement of the transmission lines according to the so-called suspended substrate structure.
Cet élément comprend la structure suivante: de part et d'autre d'une première couche 10, dans laquelle est prévu un premier évidement 11 (dans cet exemple, circulaire) de surface intérieure métallisée, sont prévues une première ligne de transmission 20 et une deuxième ligne de transmission 30 constituées de rubans conducteurs 21 et 31 portés dans le plan médian de cannelures 22 et 32 par une feuille diélectrique mince 23 et 33 réalisant un support mécanique des conducteurs. L'extrémité des conducteurs centraux de ces lignes de transmission hyperfréquence à ruban suspendu référencée 24 et 34 pénètre suivant deux axes perpendiculaires à l'intérieur des évidements, constituant ainsi deux sondes excitatrices qui réalisent avec le milieu de propagation un couplage permettant la réception des signaux hyperfréquences; ces deux extrémités ont une longueur de pénétration en regard de l'évidement qui est distincte, comme on le précise ci-dessous. L'autre extrémité de chaque ligne constitue sa sortie, dans le cas de la réception.This element comprises the following structure: on either side of a
De l'autre côté de la ligne 20 est prévue une deuxième couche 40 comprenant également un deuxième évidement 41 de surface intérieure métallisée situé en regard du premier évidement 11, et de même, de l'autre côté de la ligne 30 est prévue une troisième couche 50 avec un troisième évidement 51 de surface intérieure métallisée situé en regard des deux autres. Cet évidement 51 est court-circuité dans un plan parallèle aux faces des couches, à une distance de la ligne 30 bien entendu inférieure à l'épaisseur de la couche 50, de façon à constituer un plan réflecteur unique pour les signaux hyperfréquences reçus. L'élément ainsi décrit se comporte comme une transition guide d'onde-ligne à substrat suspendu, dans laquelle l'axe du guide est perpendiculaire au plan des lignes.On the other side of the
Les première, deuxième et troisième couches 10, 40 et 50 peuvent être métalliques, ou bien réalisées en un matériau diélectrique avec métallisation des parois des évidements 11, 41 et 51 qui les traversent respectivement. Par ailleurs, le diamètre des évidements doit être à la fois suffisamment faible, par rapport à la longueur d'onde associée à la fréquence des signaux hyperfréquences, pour éviter l'apparition ou atténuer la propagation des modes supérieurs indésirables et suffisamment élevé pour autoriser la propagation du mode principal dans la bande passante considérée. Enfin l'évidement 41 se termine par un évasement de forme tronconique 61 éventuellement recouvert d'un écran de type polyuréthane, ces dispositions contribuant à renforcer le gain et améliorer les caractéristiques du rayonnement.The first, second and
Les essais réalisés avec un élément récepteur ayant la structure qui vient d'être décrite ont conduit à étudier l'influence, sur les performances obtenues, de la longueur d'extrémité des lignes 20 et 30 située effectivement en regard des évidements 11,41,51 alignés. Ces mesures expérimentales, portant essentiellement sur le couplage entre ces extrémités des lignes 20 et 30 et le milieu de propagation, c'est-à-dire la cavité constituée par l'ensemble des évidements alignés, ont conduit à une optimisation de ce couplage lorsque lesdites deux extrémités, ou sondes excitatrices, ont une longueur différente. Plus précisément, pour une longueur déterminée d'une des sondes excitatrices, on recherche la distance de cette sonde au plan réflecteur unique (constitué par le fond de la couche 50) qui fournit une adaptation satisfaisante et si possible maximale dans la bande de fréquences concernée (ici sensiblement de 11,7 à 12,5 gigahertz): la figure 2 montre un exemple de disposition des deux sondes de longueurs différentes.The tests carried out with a receiving element having the structure which has just been described have led to studying the influence, on the performances obtained, of the end length of the
On peut ainsi disposer de tableaux de correspondance entre les longueurs de sonde et la distance au réflecteur, donnant les meilleures adaptations possibles. La distance entre les sondes étant ensuite fixée par l'épaisseur de la couche 10 (choisie suivant les besoins électromécaniques imposés: réalisation mécanique de la couche, mise en place d'une part dans les couches 10 et 40 et d'autre part dans les couches 10 et 50 des cannelures des lignes de transmission 20 et 30, ... ), on cherche dans de tels tableaux de correspondance deux valeurs de longueur pour lesquelles les valeurs associées de distance au plan réflecteur unique diffèrent de cette valeur de l'épaisseur de la couche 10.It is thus possible to have tables of correspondence between the probe lengths and the distance to the reflector, giving the best possible adaptations. The distance between the probes is then fixed by the thickness of the layer 10 (chosen according to the electromechanical requirements imposed: mechanical production of the layer, installation on the one hand in the
Dans le cadre d'essais réalisés avec des éléments récepteurs carrés à sommets arrondis, il a été possible d'obtenir au bout de la ligne de transmission dont l'extrémité du conducteur central constitue la sonde excitatrice un taux d'ondes stationnaires inférieur à 1,6 (ce qui correspond à des pertes de transmission inférieures à 0,25 dB) dans les conditions suivantes:
- -côté du carré égal à 0,31 À g soit ici 15 millimètres (la longueur d'onde λ, g étant celle dans la partie guide de l'élément récepteur) et rayon de courbure des sommets arrondis égal à 3 millimètres;
- -distance sonde de la ligne 20-plan réflecteur: 0,27 À g;
- -distance sonde de la ligne 30-plan réflecteur: 0,17 À g;
- - longueur d'extrémité de la sonde de la
ligne 20 dépassant dans l'évidement: 0,12 À g; - - longueur d'extrémité de la sonde de la
ligne 30 dépassant dans l'évidement: 0,10 À g; - - distance verticale entre ces deux sondes: 0,10 λ g;
(soit, à 12 gigahertz, 5 millimètres, ce qui est suffisant pour la mise en place, par usinage, des cannelures des lignes de
- -side of the square equal to 0.31 λ g, here 15 millimeters (the wavelength λ, g being that in the guide part of the receiving element) and radius of curvature of the rounded vertices equal to 3 millimeters;
- -distance probe from the line 20-plane reflector: 0.27 g g;
- -distance probe from line 30-reflector plane: 0.17 g g;
- - end length of the probe of
line 20 protruding into the recess: 0.12 À g; - - end length of the probe of
line 30 protruding into the recess: 0.10 g g; - - vertical distance between these two probes: 0.10 λ g;
(or, at 12 gigahertz, 5 millimeters, which is sufficient for the installation, by machining, of the grooves of the
Ces valeurs, correspondant comme indiqué plus haut à l'exemple d'éléments carrés à sommets arrondis, sont valables pour une impédance de ligne d'environ 70 ohms, avec une largeur des conducteurs centraux de 1,4 millimètres, dans des cannelures de dimensions 2,5 x 1,8 millimètres.These values, corresponding as indicated above to the example of square elements with rounded vertices, are valid for a line impedance of approximately 70 ohms, with a width of the central conductors of 1.4 millimeters, in grooves of dimensions 2.5 x 1.8 millimeters.
Pour la mise en place des lignes 20 et 30 entre les couches 10 et 40 d'une part, 10 et 50 d'autre part, on notera que les cannelures mentionnées ci-dessus, de forme rectangulaire en général, sont connues par exemple d'après la figure 4 du brevet des Etats-Unis d'Amérique n°. 3 587 110 délivré le 22 juin 1971 au nom de la société RCA Corporation, figure dont le principe est repris sur la figure 3 de la présente demande (on peut se reporter aussi à l'article «Careful MIC design prevents waveguide modes», paru dans la revue Microwa- ves, mai 1977, p. 188 et suivantes, figure 1). On notera aussi qu'en sortie de ces lignes 20 et 30, pour permettre la reconstitution des signaux à polarisation circulaire droite et à polarisation circulaire gauche, un coupleur hybride 3 dB peut être prévu, avec ses deux entrées reliées respectivement aux sorties des lignes 20 et 30 et ses deux sorties fournissant lesdits signaux à polarisation circulaire droite et gauche. On peut aussi, au lieu du coupleur, prévoir une structure dépolarisante devant l'élément récepteur. Enfin, sans coupleur ni structure dépolarisante, on obtient des signaux ayant deux polarisations linéaires perpendiculaires.For the establishment of
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée à l'élément récepteur, ou rayonnant, décrit ci-dessus, à partir duquel des variantes peuvent d'ailleurs être proposées sans pour cela sortir du cadre de l'invention. En particulier, l'invention concerne également une antenne plane hyperfréquence qui est composée detout un réseau de tels éléments récepteurs, les conditions vues précédemment et relatives au diamètre des évidements étant alors complétées par le fait que, pour une mise en place des éléments de façon satisfaisante à côté les uns des autres, ce diamètre doit être suffisamment faible (par rapport à la longueur d'onde dans le vide associée à la fréquence des signaux hyperfréquences) pour que la distance entre les éléments puisse être inférieure à ladite longueur d'onde. Ce n'est en effet qu'à cette dernière condition qu'est évitée l'apparition de lobes secondaires indésirables, dits lobes du réseau.Of course, the present invention is not limited to the receiving or radiating element described above, from which variants can moreover be proposed without thereby departing from the scope of the invention. In particular, the invention also relates to a planar microwave antenna which is composed of a whole network of such receiving elements, the conditions seen previously and relating to the diameter of the recesses then being supplemented by the fact that, for placing the elements in such a way satisfactory next to each other, this diameter must be sufficiently small (compared to the wavelength in vacuum associated with the frequency of the microwave signals) so that the distance between the elements can be less than said wavelength . It is indeed only with this last condition that the appearance of undesirable secondary lobes, called lobes of the network, is avoided.
La structure de cette antenne rayonnante ou réceptrice est tout à fait similaire à celle de l'élément rayonnant ou récepteur, et tout ce qui a été dit ci-dessus à propos de celui-ci peut être transposé tel quel au cas de l'antenne, sauf en ce qui concerne les lignes de transmission. En effet, l'antenne comprend non plus seulement deux lignes de transmission conduisant de l'élément récepteur à deux connexions de sortie mais, de façon plus précise, deux réseaux de lignes de transmission hyperfréquence, électriquement indépendants comme les lignes 20 et 30 et destinés, comme elles, à assurer la transmission des signaux hyperfréquences reçus vers les circuits électroniques extérieurs à l'antenne. Dans ce cas, c'est maintenant en sortie de ces deux réseaux que peut être prévu un coupleur hybride 3 dB (ou, au lieu du coupleur, une structure dépolarisante devant l'ensemble de l'antenne) pour la reconstitution des signaux à polarisation circulaire gauche et droite.The structure of this radiating or receiving antenna is quite similar to that of the radiating or receiving element, and everything that has been said above about it can be transposed as is in the case of the antenna , except for transmission lines. In fact, the antenna no longer comprises only two transmission lines leading from the receiving element to two output connections but, more precisely, two networks of microwave transmission lines, electrically independent like
Ces réseaux sont composés chacun, de façon bien connue dans de nombreuses réalisations (voir notamment la structure de réseau représentée sur la figure 1 de la demande de brevet français FR-A-2 050 408, d'une succession d'étages de combinaison. Si l'antenne comprent n éléments rayonnants, les n premières extrémités de chaque réseau servent, comme déjà décrit pour un seul élément rayonnant, au couplage avec l'espace de propagation des signaux à recevoir, tandis que l'extrémité unique opposée de chacun des deux réseaux, point de convergence de toutes les lignes de transmission à travers les étages de combinaison successifs, est reliée aux circuits électroniques de réception extérieurs à l'antenne (et, par exemple, en premier lieu à l'une et l'autre des deux entrées du coupleur 3 dB qui permet la reconstitution des signaux à polarisations circulaires droite et gauche).These networks are each composed, in a manner well known in numerous embodiments (see in particular the network structure represented in FIG. 1 of French patent application FR-A-2 050 408, of a succession of combination stages. If the antenna includes n radiating elements, the first n ends of each network serve, as already described for a single radiating element, for coupling with the propagation space of the signals to be received, while the opposite opposite end of each of the two networks, the point of convergence of all the transmission lines across the successive combination stages, is connected to the electronic reception circuits external to the antenna (and, for example, in the first place to one and the other of the two inputs of the 3 dB coupler which allows the reconstruction of signals with right and left circular polarizations).
Une antenne réalisée de cette manière se prête particulièrement bien à une réalisation modulaire de faible coût, dans laquelle des blocs élémentaires formant des sous-ensembles d'éléments rayonnants peuvet être utilisés en nombre approprié et par assemblage jointif pour la constitution d'antennes de dimensions, gain et diagramme de directivité bien déterminés, soit par exemple une antenne symétrique de forme carrée, soit de façon plus générale des antennes dissymétriques, notamment de forme rectangulaire, présentant des diagrammes de rayonnement différents dans deux plans orthogonaux. Cette dernière caractéristique est particulièrement intéressante pour les antennes de réception des signaux de télévision à 12 gigahertz retransmis par satellites, puisqu'une ouverture à 3 dB inférieure à 2° n'est dans ce cas indispensable que dans le plan équatorial pour séparer les signaux de deux satellites «distants», dans ce plan, de 3° (voir les recommandations du C.C.I.R., Genève, 1977).An antenna produced in this way lends itself particularly well to a low-cost modular embodiment, in which elementary blocks forming subsets of radiating elements can be used in an appropriate number and by joined assembly for the constitution of antennas of dimensions , gain and directivity diagram well determined, either for example a symmetrical antenna of square shape, or more generally asymmetrical antennas, in particular of rectangular shape, having different radiation patterns in two orthogonal planes. This last characteristic is particularly interesting for the antennas of reception of television signals with 12 gigahertz retransmitted by satellites, since an opening to 3 dB lower than 2 ° is in this case essential only in the equatorial plane to separate the signals of two “distant” satellites, in this plane, of 3 ° (see the recommendations of the CCIR, Geneva, 1977).
Il est manifeste, enfin que l'application de l'invention à la réception des signaux de télévision à 12 gigahertz retransmis par satellites n'est pas limitative, bien que l'antenne décrite soit en effet destinée principalement au couplage avec une ou plusieurs têtes de réception de tels signaux (un exemple de ces têtes de réception est décrit notamment dans la revue «l'Onde Electrique», Volume 62, N° 3, mars 1982, pages 39 et 40). D'une part l'invention est applicable à toutes sortes de réseaux de transmission hyperfréquence purement terrestres, et d'autre part le choix d'un exemple d'application à la fréquence de 12 gigahertz n'est pas exclusif de toute autre fréquence possible de fonctionnement dans la gamme des hyperfréquences, liée à l'application envisagée.It is clear, finally, that the application of the invention to the reception of 12 gigahertz television signals retransmitted by satellites is not limiting, although the antenna described is in fact mainly intended for coupling with one or more heads reception of such signals (an example of these reception heads is described in particular in the review “l'Onde Electrique”, Volume 62, N ° 3, March 1982, pages 39 and 40). On the one hand the invention is applicable to all kinds of purely terrestrial microwave transmission networks, and on the other hand the choice of an example of application at the frequency of 12 gigahertz is not exclusive of any other possible frequency operating in the microwave range, linked to the intended application.
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