EP0317414A1 - Antenne plane à microruban suspendu, et plans de masse autoporteurs à fentes rayonnantes épaisses, sans plots de positionnement - Google Patents

Antenne plane à microruban suspendu, et plans de masse autoporteurs à fentes rayonnantes épaisses, sans plots de positionnement Download PDF

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EP0317414A1
EP0317414A1 EP88402848A EP88402848A EP0317414A1 EP 0317414 A1 EP0317414 A1 EP 0317414A1 EP 88402848 A EP88402848 A EP 88402848A EP 88402848 A EP88402848 A EP 88402848A EP 0317414 A1 EP0317414 A1 EP 0317414A1
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antenna element
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slots
slot
dielectric
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    • 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
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H01Q21/0075—Stripline fed arrays
    • H01Q21/0081—Stripline fed arrays using suspended striplines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • 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 constitutes an improvement in the planar antenna having been the main patent application object in France No. 86 08106 of 05/06/86, and the certificate of addition in France, No. 87 00181 of 09/01/87 attached to the previous main request.
  • the object of the present invention is to provide a structure and an inexpensive manufacturing method for a flat microwave antenna of the type intended in particular for the direct terrestrial reception of television broadcasts by satellite.
  • planar antennas of the type of array antennas capable of being used for this purpose are designed on criteria of maximum efficiency, using sophisticated embodiments which are hardly compatible with mass production at cost. reduced.
  • the antenna of the French patent application No. 81 08780 of 4 May 1981 concerns an antenna type "stripline".
  • This antenna has the drawback of involving the use of an expensive dielectric material, and its design practically prohibits the production of networks with large numbers of radiating elements.
  • planar antenna with external waveguides described in the European patent application of 12/16/86, (RTC-COMPELEC) designating the FRG, France, and Great Britain, and published under the number ° Al-0228 742.
  • the antenna described comprises flexible sheets forming supports for manufacturing screen-printed studs interposed between the supply circuit and the external waveguides.
  • This embodiment is obviously still very expensive, because of the need to manufacture the waveguides, and to use separate support sheets, further undergoing a screen printing treatment for the formation of associated pads.
  • the planar microwave antenna of the main patent and certificate of addition applications mentioned in the preamble advantageously resolves the above drawbacks, by providing for the use of self-supporting ground planes pierced with radiating slots, in which are repelled by stamping, positioning pads.
  • the repositioned positioning pads are intended to come to rest on non-conductive portions of the suspended substrate.
  • the drilling of the slots on the one hand, and the pushing back of the positioning pads on the other hand would imply the use of a more complex stamping tool, or even of two separate tools.
  • Another object of the invention is more generally to produce a network antenna of simple construction, with low tolerance requirements, compatible with a mass production process, at low cost price.
  • Another object of the invention is to provide a flat antenna with radiating slits, and not with waveguides, so as to overcome the problems of thickness of the machining plates and tolerance.
  • An additional objective of the invention is to maintain the spacing between the circuit supply and ground planes, no longer by means of specific studs, but on the contrary, essentially, by the very structure of the radiating slots, which makes it possible to keep the conductor at the level of the excitation terminations, c that is to say at the most critical location of the radiating slot antenna. This also makes it possible to multiply the density of the holding points of the supply circuit.
  • An additional objective of the invention is to conform the ground plans according to an economic shaping process.
  • the shaping of the ground planes consists simply in carrying out a double operation, combined or not, of cutting / stamping of the slots.
  • this shaping is perfectly identical for the upper and lower metal plates forming ground planes.
  • An additional objective or advantage of the invention is to avoid inadvertent propagation, if necessary, of parasitic radiation modes between the antenna plates.
  • an antenna element of the type comprising a central conductor and at least one ground plane, said central conductor cooperating with radiating slots provided in the ground plane and aligned in pairs, said central conductor being a microstrip conductor carried by a dielectric support sheet suspended on said ground plane,
  • radiating slots are stud slots each having a substantially vertical wall on at least part of the periphery of the slot, said wall or wall portion acting as a stud positioning maintaining the spacing between said central conductor and said ground planes.
  • the dielectric support sheet is suspended between two self-supporting thin metal plates forming upper and lower ground planes.
  • Said substantially vertical walls of the thick slots are advantageously formed by pushing back the thin metal plates forming ground planes.
  • a single stamping operation could carry out both the drilling of the slot, and the pushing back of the walls or spacing wall portions.
  • the walls or wall portions of thick slots are added by gluing, welding, strength mounting or the like.
  • each slot-stud can be produced according to several variants, as regards its shape (circular, rectangular, etc.), the arrangement of the walls or portions of walls (interrupted, symmetrical portions. ..), and the shape of the walls (rounded edges in contact with the dielectric support of the central conductor).
  • each vertical wall must be interrupted at the level of the passage of the conductive termination of excitation of the radiating slot.
  • variants are also possible with regard to the embodiment of the walls of the slot-studs (forming a body with the metal plates, or being attached thereto), and their distribution in the antenna (systematic training at each slot, or even some slots only). Additional studs can also, if necessary, be formed in other places of the self-supporting metal plates, by example in the form of pushbacks, or even non-radiating open slots made in the metal plates so as to rest on the substrate outside the central conductor.
  • the slot-studs have walls allowing the passage of two excitation terminations, for operation in circular polarization (s), or even in linear polarizations.
  • FIG. 1 represents an embodiment of the invention comprising a thin dielectric support sheet 12 carrying a microstrip conductor 22 and suspended between two thin self-supporting metal plates 11, 13, respectively forming upper and lower ground planes.
  • the structure 11, 12, 13 thus formed has pairs of radiating slots 20a, 20b, superimposed at an excitation termination 30 of the conductor 22.
  • Each pair of slots 20a, 20b and the associated termination 30 form a radiating element of the antenna.
  • each of the slots 20a, 20b comprises a substantially vertical wall 31a, 31b.
  • the vertical wall is integral with the metal plates 11, 13, and constitutes the folded edges of the slots 20a, 20b, shaped for example following a stamping operation.
  • the total thickness of the slot-plot thus formed depends on the distance from the ground planes 11, 13, which is mainly defined by the characteristic impedance of the supply line.
  • This impedance is mainly defined by the ratio w / b, w representing the width of the printed conductor, and b the distance between the ground planes 11, 13 (fig. 2).
  • the ratio w / b is substantially equal to 1, for impedances of the supply line 11, 12, 13 of the order of 60 Ohm which interests us.
  • w must be sufficiently small, preferably less than 2 mm in the case of a 12 GHz antenna, so that the supply lines 22 can pass between the slots without being too close to the slots, or one on the other, to avoid parasitic couplings, it can be seen that the total thickness of the stud slots 20a, 20b must be less than approximately 2 mm, that is to say less than 0.1 times the wavelength approximately ("Stripline circuit design" H.HOWE Jr, Artech House, 1974).
  • the wall 31a of the upper slot 20a has a notch or interruption 32 freeing a passage for the excitation termination 30.
  • the dimensions of the passage must be sufficient to neutralize any parasitic influence of the vertical wall 31a on the termination 30, as is the case. will see below.
  • the vertical walls 31a, 31b of the radiating slots which ensure the relative positioning and spacing of the ground planes 11, 13 relative to the central dielectric 12, and therefore to the excitation conductor 22, 30.
  • each of the metal plates 11, 13 essentially boils down, for example, to a stamping operation of the slots, followed or preceded by a cutting or other operation intended to flatten the contact edge of the walls. 31a, 31b, and to release the interruption 32 of passage of the excitation termination 30 of the driver. Due to the fact that the slotsplots thus produced maintain and space the ground planes, it is therefore not necessary in the general case to provide additional spacing pads. In addition, the fact that the spacing walls of the plates 11, 13 are located at the excitation terminations of the radiating slots guarantees the maintenance of nominal spacing at the most critical points.
  • This embodiment also allows the use of self-supporting metal plates 11, 13 of very small thickness, because the rigidity of each metal plate 11, 13 is reinforced by the multiplicity of repelled walls 31a, 31b, and the multiplicity of support points along the contact edges of the walls 31a, 31b .
  • the thin dielectric support can be from 25 to 75 microns, and the walls 31a, 31b pushed back into the metal plates 11, 13 must each provide a spacing approximately 0.8 mm between the ground planes and the central conductor 22.
  • each radiating slot may have a diameter of approximately 15.5 mm.
  • the recesses 20a, 20b of the same pair of slots have their centers aligned on a vertical axis, and may have an equal diameter. However, the diameters of the recesses of the same pair could be slightly different, for example to improve the bandwidth.
  • the diameter of the recesses is of the order of 0.3 to 0.7 wavelength, preferably around 0.6 wavelength.
  • pairs of radiating slots 20a, 20b has the effect of concentrating the radiant energy in an area smaller than that of the embodiments where each conductive termination is only coupled to cavities forming waveguides, in particular that the width of a waveguide is greater than the width D e of the corresponding radiating slots, for a given working frequency.
  • the measurements carried out on prototype have shown that the slot operates from 10 GHz, with a T.O.S. less than 1.4. This is to be compared with the cut-off frequency of a circular guide of the same diameter (16.5 mm) is equal to 10.65 GHz. Such a guide would therefore only function correctly beyond 10.65 GHz, and therefore outside the working range of the radiating slot-studs of the present invention.
  • slot-studs of the invention does not exclude that it is optionally possible to provide the radiating elements with open front cavities 27 and / or closed rear cavities 26, as shown in FIG. 2.
  • the suspended lines of the invention make it possible to substantially reduce the losses likely to occur between the central conductor and the ground planes, due to the use of air as a dielectric, unlike the equivalent “stripline” or “microstrip” type antennas using a solid and expensive dielectric material.
  • FIGS 2 and 3 relate to embodiments of the antenna according to the invention in the form of modules of several radiating elements.
  • Each module thus advantageously comprises a network of radiating elements, regularly arranged in rows and columns.
  • FIGS. 2 and 3 correspond to vertical sections of modules, along an axis of alignment of radiating elements, but one can imagine that the module comprises a plurality of alignments of identical elements in other planes parallel to the cutting plane.
  • the spacing between two consecutive radiating elements on a row or a column can be equal to 0.7 to 0.9 wavelength.
  • each self-supporting thin metal plate 11, 13 thus undergoes a cutting / stamping operation as defined above. simultaneously forming a plurality of slot-studs.
  • the dielectric support 12 of the excitation conductive line 22 comprises a plurality of excitation terminations 30 arranged opposite the pairs of slot-studs corresponding to each radiating element. This design is particularly suitable for a mass production method of antennas.
  • an antenna can be produced by combining several modules.
  • this technique has the advantage of reducing the manufacturing cost, by reducing the size of the tools used.
  • the savings made can be significant; moreover, the reduction in the size of the tools allows better control of the setting precision in the form of stamped plates.
  • the advantage is even more decisive if each antenna is made by adding several identical modules.
  • connection means between modules can be produced by input / output waveguides, or by connection of input / output terminations of adjacent modules (see fig. 12, 13, 14 of the Certificate of Addition in France No. 87 00181, corresponding to Figs. 19, 20, 21 of the corresponding European patent application 87-401252.9).
  • the structure 11, 12, 13 is completed by a stamped bottom plate 14 forming closed cavities 26, and by a stamped upper crown 25 forming open cavities 27.
  • the embodiment shown comprises a cavity per radiating element.
  • cavities in particular closed rear cavities, common to several radiating elements, for example four adjacent radiating elements in "square".
  • the antenna module with a simple flat bottom plate devoid of cavities.
  • this embodiment of the antenna exclusively uses a metal sheet stamping technology for the manufacture of the four plates 11, 13, 14, 25.
  • the stamping operation makes it possible on the one hand to form the slot-studs 20a, 31a; 20b, 31b, and on the other hand, to form the crown 25 with open cavities 27, and the stamped bottom plate 14 with closed cavities 26.
  • the shaping of the upper crown 25 is very similar to the shaping of the slot-studs of the present invention, and that the shaping of the closed cavities 26 in the bottom plate 14 can be analogous to the conformation process bulges or abutments forming positioning pins in the embodiments of earlier patent applications in France No. 86 08106, 87 00181, and European Application No. 87 401252.9.
  • Figure 2 does not in any way account for the proportion of spacings and thicknesses of the plates, which have been considerably deformed for reasons of clarity.
  • the bottom reflecting plate 14 makes it possible to give direction to the radiated energy, and is located at a distance from the structure of the order of 1/4 of the wavelength in the rear cavity. This distance is a parameter for adjusting the operation of the antenna together with the dimensions of the feed line 22 and the dimensions of the slot-studs.
  • the configuration of the bottom plate 14 to present closed rear cavities 26, and the possible addition of open front cavities 27, makes it possible to further optimize the recovery and the channeling in the direction of transmission / reception of the antenna. of most of the radiated energy.
  • open front cavities 27 increases the gain of the antenna.
  • the height of the cavities is preferably greater than 0.1 times the emission wavelength.
  • a height of the open cavities 27 of 5 mm to 10 mm would give an increase in gain of the order of 2 dB, depending on the geometry, for an operating frequency of 12 GHz.
  • the plates 14, 13, 12, 11 and 25 can be assembled by simple stacking, with fastening by bolting, or by insertion in a box B with cover C, as shown in FIG. 3.
  • cavities 26, 27 can also be produced in the form of individual stamped cabochons, by metal rings, by sets of intersecting blades placed on the field, or even by metallic coating applied to a preformed non-metallic material, as described in the above-mentioned earlier patent applications.
  • slot-studs 20a, 31a; 20b, 31b can also be carried out by attaching metal rings, or crisscross blades placed on the field, on the thin self-supporting metal plates 11, 13, as described below with reference to FIG. 9.
  • the antenna module shown comprises alignments of 5 radiating elements.
  • Figure 3 is a vertical sectional view along one of these alignments.
  • the module shown has closed rear cavities 26, but does not have front crowns with open cavities.
  • the module is provided with a polarizer P.
  • the polarization (without polarizer) is linear with an electric field E parallel to the excitation lines.
  • Circular polarization can be obtained by using a printed planar polarizer (for example a meandering line polarizer) placed above the radiating elements.
  • a printed planar polarizer for example a meandering line polarizer
  • Another method of obtaining a circular polarization consists in exciting two perpendicular linear polarizations, phase shifted by ⁇ 90 ° in each of the radiating elements, as represented in FIG. 10.
  • This same embodiment of FIG. 10 also makes it possible to obtain a double linear polarization.
  • Figures 4 and 5 are top views illustrating preferred embodiments of the conformation of the slot-studs according to the invention.
  • the terminations 30 of the central conductor 22 penetrate opposite pairs of slots through interruptions 32 of the substantially vertical wall 31a of each slot 20a.
  • the width 1 of the interrupt 32 must be greater than 4 to 5 mm, for a slit diameter approximately equal to 15.5 mm.
  • the conductor 22 of the line has been placed in the conditions of the slot-stud antenna, that is to say between two upper horizontal walls 70 and lower 71 respectively, representing the ground planes, and between two vertical walls 72, 73 representing the substantially vertical walls of the slot-studs.
  • the walls 70, 71, 72, 73 form the external conductor of this line of coaxial type.
  • the variation of the impedance Z0 of the line thus defined has been calculated as a function of the vertical distance A of the side walls 72, 73 between which the conductor 22 is centered.
  • the conductor 22 is mounted on a dielectric support 74.
  • the walls 70, 71, 72, 73 are made of conductive material.
  • the value of the impedance Z0 is a crucial parameter determining the performance of the antenna and the adaptation of each radiating element.
  • the T.O.S. was less than about 1.4 between 10 and 11.5 GHz, or a bandwidth of 1.5 GHz, for a diameter of the slot-plot of 16.5 mm.
  • the slot-studs consist of two portions of substantially vertical walls 51, 52; 61, 62. These wall portions are placed symmetrically with respect to the axis of penetration of the excitation terminations 30 between the pairs of slots.
  • the substantially vertical walls of the slot-studs consist of a plurality of small portions distributed regularly or not over the periphery of the slots.
  • the wall portion can be limited to a single element a few millimeters in width, for example, or even possibly to no element for some of the slots if the maintenance the spacing of the structure is sufficiently ensured at the level of adjacent slots.
  • the slot-studs of the invention may, in certain variants, have the characteristics shown diagrammatically in FIGS. 8 and 9.
  • the substantially vertical walls 31a, 31b have a rounded support edge 81a, 81b, to better support the dielectric 12.
  • the diameters of the slot at the level of the dielectric 12, and at the level of the planes of mass 11, 13 are not equal, and must therefore be optimized for the operating frequency.
  • each ring 90 or ring portions 91 determines, by its thickness, the spacing of the structure.
  • rings or portions of rings 90, 91 can be added by gluing, welding, press fitting, or the like.
  • the present invention also includes the case where only some of the radiating slots are slot-studs, and / or the case where additional studs spacers, formed by pushing back into the ground planes 11, 13, or else formed by metallic or non-metallic elements attached to the ground planes, are inserted into the structure. It is also possible to provide for filling the structure with a dielectric material, for example in the form of foam, to increase its rigidity.
  • the antenna modules according to the invention can also be coated with an electromagnetically neutral material of the type of an expanded or molded plastic, for example expanded polyurethane.
  • This coating has the particular advantage of protecting the module against bad weather when the antenna is to be used outside.
  • the embodiment slotted-pads is also compatible with antennas on several levels of the kind presented in Figure 6 of the European application No. 87 401 252.9, or with the embodiments with additional coupling elements (Fig. 7 of the same European application).
  • the various superimposed plates constituting the antenna according to the invention can be secured, for example by gluing, during a manufacturing process comprising a step of immersion of the bearing edges of the plates in a glue bath, before application of each plate on the previous plate.
  • FIGS. 11 to 14 illustrate embodiments of the invention in which the antenna element comprises only a single ground metal plate, the upper plate 11 or the lower plate 13.
  • the antenna element corresponds to that shown in Figure 2 without the upper plate 11 and without the upper ring 25.
  • the printed conductors 30 have been shown on the upper part of the dielectric plate 12; we can also design an antenna element of the same type but in which these printed conductors 30 will be arranged on the underside of the plate 12.
  • the printed circuit plate 12 can constitute a protective layer or radome; this layer can also be made of expanded foam since the thickness of the dielectric 12 is no longer involved in the calculations.
  • Figure 12 shows an alternative embodiment of Figure 3 in which the upper metal plate has been removed.
  • FIG. 13 corresponds to that of FIG. 2 in which the lower metal ground plate 13 has been removed.
  • the printed conductors 30 must not touch the cavities, the minimum distance allowed being of the order of 0.5 mm for typical antenna dimensions operating at 12 Ghz.
  • this plate may include positioning push-backs, with or without a vertical wall of radiating slots, to maintain the dielectric plate 12.
  • FIG. 14 represents an embodiment which comprises only one upper metallic plate 11, the vertical walls being constituted by crowns or portions of crown formed by repellents 102 produced in a dielectric or a dielectric foam 101 on which the circuit rests thin print 12.
  • this dielectric or dielectric foam 101 may include rear cavities.
  • FIG. 15 represents an alternative embodiment comprising two independent printed circuit boards 12a and 12b which are intended to create two circular or linear polarizations independent. In this case, some slots have vertical walls directed upwards and others downwards.
  • the calculation of the feed lines must be redone with regard to the impedance; it is especially the width of the printed conductors which must be recalculated.

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Abstract

Structure et procédé de fabrication bon marché pour une antenne plane hyperfréquences du type destiné notamment à la réception directe terrestre d'émissions télévisées par satellites. L'espacement entre le circuit d'alimentation et les plans de masse est maintenu, pour l'essentiel, par la structure même des fentes rayonnantes. Cet objectif est atteint en prévoyant qu'au moins certaines desdites fentes rayonnantes (20a, 20b) sont des fentes épaisses présentant chacune une paroi sensiblement verticale (31a, 31b) sur au moins une partie de la périphérie de la fente.

Description

  • La présente invention constitue un perfectionnement apporté à l'antenne plane ayant fait l'objet de la demande de brevet principale en France no86 08106 du 05/06/86, et de la demande de certificat d'addition en France, no87 00181 du 09/01/87 rattachée à la demande principale précédente.
  • L'objet de la présente invention est de fournir une structure et un procédé de fabrication bon marché pour une antenne plane hyperfréquences du type destiné notamment à la réception directe terrestre d'émissions télévisées par satellites.
  • On sait que, jusqu'à présent, les antennes planes du type des antennes à réseau susceptibles d'être utilisées dans ce but sont conçues sur des critères d'efficacité maximale, en utilisant des réalisations sophistiquées peu compatibles avec une production de masse à coût réduit.
  • L'antenne de la demande de brevet française no81 08780 du 4 mai 1981 (LEP) concerne une telle antenne du type "stripline". Cette antenne présente l'inconvénient d'impliquer l'utilisation d'un matériau diélectrique onéreux, et sa conception interdit pratiquement la réalisation de réseaux à grands nombres d'éléments rayonnants.
  • En outre, pour un certain nombre de raisons, liées notamment à la multiplicité des paramètres et à la complexité des phénomènes intervenant lors de la mise au point des antennes réseau, les spécialistes de ces antennes se sont jusqu'à présent systématiquement imposé des conditions très strictes de tolérancement pour la mise en forme et le montage des différents éléments des antennes réseau (circuits conducteurs, plaques de masse, matériaux diélectriques, guides d'ondes, etc.). Cette prudence ou plus précisément ce préjugé, étaient particulièrement répandus en ce qui concerne la réalisation d'antenne à conducteur microruban suspendu, comme l'atteste l'article "Guides multiconducteurs" de l'ouvrage "les Techniques de l'Ingénieur" (E621-10). Pour résumer l'état d'esprit de l'homme de l'art en matière d'antennes hyperfréquences, il apparaissait impensable jusqu'à ce jour de réaliser une antenne réseau hyperfréquences en suspendant un circuit conducteur entre deux tôles embouties comme décrit ci-après. Pourtant, contre toute attente, l'efficacité et le rendement d'une antenne apparemment aussi rudimentaire sont non seulement surprenants, mais encore peu sensibles aux imprécisions de mise en forme et de montage inhérents à un procédé de fabrication en masse.
  • Une tentative récente de s'affranchir des contraintes de tolérance est exposée dans la demande de brevet 83 06650 du 22 avril 1983 (LEP), qui décrit un microruban suspendu par plots de positionnement entre deux plaques métalliques. Ces plaques métalliques sont usinées de façon à former des guides d'onde couplés à des terminaisons du conducteur central. Toutefois, les modes de réalisation décrits dans ce brevet antérieur impliquent toujours une opération d'usinage dans une plaque métallique de forte épaisseur (de l'ordre de 7 à 10 mm, à 12 GHz).
  • On connaît également l'antenne plane à guides d'ondes externes décrite dans la demande de brevet européen du 16/12/86, (RTC-COMPELEC) désignant la RFA, la France, et la Grande-Bretagne, et publiée sous le n°Al-0228 742. L'antenne décrite comporte des tôles souples formant supports de fabrication de plots sérigraphiés interposés entre le circuit d'alimentation et les guides d'ondes externes. Ce mode de réalisation est manifestement encore très onéreux, du fait de la nécessité de fabriquer les guides d'ondes, et d'utiliser des tôles supports distinctes, subissant de plus un traitement de sérigraphie pour la formation des plots associés.
  • L'antenne plane hyperfréquence des demandes de brevet principal et de certificat d'addition mentionnées en préambule résoud avantageusement les inconvénients ci-dessus, en prévoyant l'utilisation de plans de masse autoporteurs percés de fentes rayonnantes, dans lesquelles sont repoussés par emboutissage, des plots de positionnement. Les plots de positionnement repoussés sont destinés à venir reposer sur des portions non conductrices du substrat suspendu. Toutefois, on peut rencontrer, pour certains modes de réalisation ou pour certaines applications à circuit conducteur dense, le besoin d'avoir un nombre élevé de plots, posant des problèmes de logement des plots sur le substrat. D'autre part, le perçage des fentes d'une part, et le repoussage des plots de positionnement d'autre part impliqueraient l'utilisation d'un outil d'emboutissage plus complexe, voire de deux outils distincts.
  • Ces considérations, ainsi qui d'autres qui apparaîtront par la suite, ont conduit l'inventeur à rechercher un mode de réalisation sans plots de positionnement pour ce type d'antenne plane.
  • Un autre object de l'invention est plus généralement de réaliser une antenne réseau de construction simple, avec de faibles exigences de tolérance, compatible avec un procédé de fabrication en masse, sous faible coût de revient.
  • Un autre object de l'invention est de réaliser une antenne plane à fentes rayonnantes, et non à guides d'ondes, de façon à s'affranchir des problèmes d'épaisseur des plaques d'usinage et de tolérance.
  • Un objectif complémentaire de l'invention est de maintenir l'espacement entre le circuit d'alimentation et les plans de masse, non plus au moyen de plots spécifiques, mais au contraire, pour l'essentiel, par la structure même des fentes rayonnantes, ce qui permet de maintenir le conducteur au niveau des terminaisons d'excitation, c'est-à-dire à l'endroit le plus critique de l'antenne à fentes rayonnantes. Ceci permet en outre de multiplier la densité des points de maintien du circuit d'alimentation.
  • Un objectif complémentaire de l'invention est de conformer les plans de masse selon un procédé de mise en forme économique. Ainsi, dans certains modes de réalisation, la mise en forme des plans de masse consiste simplement à réaliser une double opération, combinée ou non, de découpage/emboutissage des fentes. En outre, cette mise en forme est parfaitement identique pour les plaques métalliques supérieure et inférieure formant plans de masse.
  • Un objectif ou avantage supplémentaire de l'invention est d'éviter la propagation intempestive, le cas échéant, de modes parasites de rayonnement entre les plaques de l'antenne.
  • Ces objectifs ainsi que d'autres qui apparaitront par la suite sont atteints à l'aide d'un élément d'antenne du type comprenant un conducteur central et au moins un plan de masse, ledit conducteur central coopérant avec des fentes rayonnantes ménagées dans le plan de masse et alignées par paires, ledit conducteur central étant un conducteur microruban porté par une feuille support diélectrique suspendue sur ledit plan de masse,
  • caractérisé en ce qu'au moins certaines desdites fentes rayonnantes sont des fentes-plots présentant chacune une paroi sensiblement verticale sur au moins une partie de la périphérie de la fente, ladite paroi ou portion de paroi jouant le rôle de plot de positionnement maintenant l'espacement entre ledit conducteur central et lesdits plans de masse.
  • Avantageusement, la feuille support diélectrique est suspendue entre deux plaques métalliques minces autoportantes formant plans de masse supérieur et inférieur.
  • Lesdites parois sensiblement verticales des fentes épaisses sont avantageusement constituées par repoussement des plaques métalliques minces formant plans de masse. Ainsi, pour chaque fente, une seule opération d'emboutissage pourrait réaliser à la fois le perçage de la fente, et le repoussement des parois ou portions de paroi d'espacement.
  • Dans un autre mode de réalisation, les parois ou portions de paroi de fentes épaisses sont rapportées par collage, soudage, montage en force ou autre.
  • Pourvu que le principe général soit maintenu, chaque fente-plot peut être réalisée suivant plusieurs variantes, en ce qui concerne sa forme (circulaire, rectangulaire,...), la disposition des parois ou portions de parois (portions interrompues, symétriques,...), et la conformation des parois (bords arrondis au contact du support diélectrique du conducteur central).
  • Bien entendu, selon une caractéristique essentielle de l'invention, chaque paroi verticale doit être interrompue au niveau du passage de la terminaison conductrice d'excitation de la fente rayonnante.
  • Selon l'invention, des variantes sont également envisageables en ce qui concerne le mode de réalisation des parois des fentes-plots (formant corps avec les plaques métalliques, ou y étant rapportées), et leur répartition dans l'antenne (formation systématique à chaque fente, ou encore à certaines fentes seulement). Des plots complémentaires peuvent également, le cas échéant, être formés en d'autres endroits des plaques métalliques autoportantes, par exemple sous forme de repoussements, ou encore de fentes ouvertes non rayonnantes réalisées dans les plaques métalliques de façon à reposer sur le substrat en dehors du conducteur central.
  • Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, les fentes-plots présentent des parois autorisant le passage de deux terminaisons d'excitation, pour un fonctionnement en polarisation(s) circulaire(s), ou encore en polarisations linéaires.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante de quelques modes de réalisation préférentiels de l'invention donnés à titre d'illustration, et des dessins annexés dans lesquels :
    • - la figure 1 est une vue en coupe et en perspective d'un élément d'antenne selon l'invention muni d'une paire de fentes-plots, repoussées par emboutissage dans des plaques métalliques minces autoportantes formant plans de masse,
    • - la figure 2 est une vue en coupe verticale d'un jeu de deux éléments rayonnants formés dans un même module d'antenne, avec couronne avant à cavités ouvertes et structure arrière à cavités fermées,
    • - la figure 3 est une vue en coupe verticale d'un module complet de cinq éléments d'antenne en ligne, selon l'invention, montés en boîtier fermé avec cavités arrière et polariseurs,
    • - la figure 4 est une vue de dessus, en coupe schématique, de la conformation des parois sensiblement verticales de fentes-plots appartenant à deux éléments rayonnants adjacents,
    • - la figure 5 est une vue de dessus, en coupe schématique, de portions de parois symétriques, pour des fentes-plots de quatre éléments rayonnants adjacents,
    • - la figure 6 est une représentation schématique en perspective de deux fentes-plots rayonnantes, à portions de parois symétriques embouties,
    • - la figure 7a, 7b représente la courbe (fig.7a) de la variation d'impédance Z₀, pour une ligne SSL typique (FIG.7b), en fonction de la largeur de son conducteur extérieur,
    • - la figure 8 est une vue en coupe, en perspective, d'un mode de réalisation avantageux des parois de fentes-plots suivant l'invention, avec bords de contact arrondis,
    • - la figure 9 est une vue éclatée illustrant un autre mode de réalisation de l'invention, dans lequel les fentes-plots sont réalisées en rapportant des anneaux ou portions d'anneaux aux plaques métalliques formant plans de masse,
    • - la figure 10 est une vue en coupe, en perspective, d'un mode de réalisation des fentes-plots selon l'invention pour un élément d'antenne à polarisation(s) circulaire(s), ou à polarisation linéaires.
    • - les figures 11 et 12 représentent, en coupe verticale, deux variantes de l'invention dans laquelle on ne prévoit qu'une plaque métallique inférieure de masse,
    • - la figure 13 est une vue en coupe verticale d'une variante d'une variante du mode de réalisation de la figure 2 qui ne comporte pas de plaque métallique supérieure,
    • - la figure 14 est une vue en coupe verticale représentant une variante de réalisation qui ne comporte qu'une plaque métallique supérieure, et
    • - la figure 15 représente une variante de réalisation comprenant deux circuits imprimés indépendants destinés à la création de polarisations
  • La figure 1 représente un mode de réalisation de l'invention comprenant une feuille support mince diélectrique 12 portant un conducteur microruban 22 et suspendue, entre deux plaques métalliques minces autoportantes 11, 13, formant respectivement plans de masse supérieur et inférieur. La structure 11, 12, 13 ainsi formée présente des paires de fentes rayonnantes 20a, 20b, superposées au niveau d'une terminaison d'excitation 30 du conducteur 22. Chaque paire de fentes 20a, 20b et la terminaison 30 associée forment un élément rayonnant de l'antenne.
  • L'élément rayonnant représenté en figure 1 devient ainsi en quelque sorte une unique fente-plot plus épaisse, dans la mesure où chacune des fentes 20a, 20b comporte une paroi sensiblement verticale 31a, 31b. Dans le mode de réalisation de la figure 1, la paroi verticale fait corps avec les plaques métalliques 11, 13, et constitue les bords rabattus des fentes 20a, 20b, conformées par exemple à la suite d'une opération d'emboutissage.
  • L'épaisseur totale de la fente-plot ainsi formée dépend de la distance des plans de masse 11, 13, qui elle est définie principalement par l'impédance caractéristique de la ligne d'alimentation. Cette impédance est principalement définie par le rapport w/b, w représentant la largeur du conducteur imprimé, et b la distance entre les plans de masse 11, 13 (fig.2). Dans le cas pratique d'une épaisseur du conducteur imprimé 22, et d'une épaisseur du support diélectrique 12 faibles, le rapprt w/b est sensiblement égal à 1, pour des impédances de la ligne d'alimentation 11, 12, 13 de l'ordre de 60 Ohm qui nous intéressent. Etant donné que w doit être suffisamment faible, de préférence inférieur à 2 mm dans le cas d'une antenne à 12 GHz, pour que les lignes d'alimentation 22 puissent passer entre les fentes sans être trop près des fentes, ou l'une de l'autre, pour éviter les couplages parasites, on voit que l'épaisseur totale des fentes-plots 20a, 20b doit être inférieure à environ 2 mm, c'est-à-dire inférieure à 0,1 fois la longueur d'ondes approximativement ("Stripline circuit design" H.HOWE Jr, Artech House, 1974).
  • Ce raisonnement exclut la réalisation de fentes plus épaisses, ou encore l'utilisation de guides d'ondes, par définition également plus épais.
  • La paroi 31a de la fente supérieure 20a présente une échancrure ou interruption 32 dégageant un passage pour la terminaison d'excitation 30. Les dimensions du passage doivent être suffisantes pour neutraliser toute influence parasite de la paroi verticale 31a sur la terminaison 30, comme on le verra ci-après.
  • Selon une caractéristique essentielle de l'invention, ce sont les parois verticales 31a, 31b des fentes rayonnantes qui assurent le positionnement et l'espacement relatifs des plans de masse 11, 13 par rapport au diélectrique central 12, et donc au conducteur d'excitation 22, 30.
  • Cette conception de la structure d'un élément rayonnant est tout à fait avantageuse. La mise en forme de chacune des plaques métalliques 11, 13 se résume en effet essentiellement, par exemple, à une opération d'emboutissage des fentes, suivie ou précédée d'une opération de découpage ou autre destinée à aplanir le bord de contact des parois 31a, 31b, et à dégager l'interruption 32 de passage de la terminaison d'excitation 30 du conducteur. Du fait que les fentes­plots ainsi réalisées assurent le maintien et l'espacement des plans de masse, il n'est donc pas nécessaire dans le cas général de prévoir des plots d'espacement supplémentaires. En outre, le fait que les parois d'espacement des plaques 11, 13 soient situées au niveau des terminaisons d'excitation des fentes rayonnantes garantit le maintien d'un espacement nominal aux points les plus critiques.
  • Ce mode de réalisation permet également l'utilisation de plaques métalliques autoportantes 11, 13 de très faible épaisseur, du fait que la rigidité de chaque plaque métallique 11, 13 est renforcée par la multiplicité des parois repoussées 31a, 31b, et de la multiplicité de points d'appui le long des bords de contact des parois 31a, 31b.
  • A titre d'exemple non limitatif, pour une ligne d'impédance Z₀ = 70 ohms, le support diélectrique mince peut être de 25 à 75 microns, et les parois 31a, 31b repoussées dans les plaques métalliques 11, 13 doivent ménager chacune un espacement de 0,8 mm environ entre les plans de masse et le conducteur central 22. Pour un fonctionnement à 12 Ghz, chaque fente rayonnante peut présenter un diamètre de 15,5 mm environ. L'interruption 32 présente avantageusement une largeur 1 >= 4 à 5 mm, pour dégager le passage de la terminaison d'excitation.
  • Les évidements 20a, 20b d'une même paire de fentes ont leurs centres alignés sur un axe vertical, et peuvent présenter un diamètre égal. Toutefois, les diamètres des évidements d'une même paire pourraient étre légèrement différents, par exemple pour améliorer la largeur de bande. Le diamètre des évidements est de l'ordre de 0,3 à 0,7 longueur d'onde, de préférence aux alentours de 0,6 longueur d'onde.
  • Il est à noter que les formes épaisses de l'invention se distinguent très clairement des modes de réalisation à guides d'onde.
  • En effet, l'utilisation de paires de fentes rayonnantes 20a, 20b a pour effet de concentrer l'énergie rayonnante dans une zone inférieure à celle des modes de réalisation où chaque terminaison conductrice est uniquement couplée à des cavités formant guides d'onde, du fait notamment que la largeur d'un guide d'onde est supérieure à la largeur De des fentes rayonnantes correspondantes, pour une fréquence de travail donnée.
  • On notera plus précisément que le fonctionnement des fentes-plots telles que préconisées dans la présente invention, diffère fondamentalement du mode de fonctionnement caractéristique des guides d'onde. En effet, selon la théorie, les guides d'onde ne peuvent fonctionner de façon satisfaisante qu'au delà d'une certaine fréquence, appelée fréquence de coupure fc. Dans le cas d'un guide circulaire, la valeur de la fréquence fc est donnée par la relation :
    fc (GHz) = 175,8/d (mm), pour le mode fondamental DE₁₁ ("Principals of microwave circuits" C.G. MONTGOMERY, Dover Pub., 1965).
  • Tout au contraire, dans la conception de l'antenne suivant l'invention, avec fentes-plots, les mesures effectuées sur prototype (voir plus loin) ont montré que la fente fonctionne à partir de 10 GHz, avec un T.O.S. inférieur à 1,4. Ceci est à comparer avec la fréquence de coupure d'un guide circulaire de même diamètre (16,5 mm) est égale à 10,65 GHz. Un tel guide ne fonctionnerait donc correctement qu'au delà de 10,65 GHz, et donc en dehors de la plage de travail des fentes-plots rayonnantes de la présente invention.
  • Toutefois, l'utilisation des fentes-plots de l'invention n'exclut pas qu'on puisse, de façon optionnelle, pourvoir les éléments rayonnants de cavités avant ouvertes 27 et/ou arrière fermées 26, comme représenté en figure 2.
  • Il est à noter également que les lignes suspendues de l'invention permettent de réduire substantiellement les pertes susceptibles de se produire entre le conducteur central et les plans de masse, du fait de l'utilisation de l'air comme diélectrique, à la différence des antennes équivalentes du type "stripline" ou "microstrip" utilisant un matériau diélectrique solide et onéreux.
  • Les figures 2 et 3 sont relatives à des modes de réalisation de l'antenne suivant l'invention sous forme de modules de plusieurs éléments rayonnants.
  • Chaque module comporte ainsi avantageusement un réseau d'éléments rayonnants, agencés régulièrement en lignes et colonnes.
  • Les vues des figures 2 et 3 correspondent à des coupes verticales de modules, suivant un axe d'alignement d'éléments rayonnants, mais on peut imaginer que le module comporte une pluralité d'alignements d'éléments identiques dans d'autres plans parallèles au plan de coupe. Avantageusement, l'espacement entre deux éléments rayonnants consécutifs sur une ligne ou une colonne peut être égal à 0,7 à 0,9 longueur d'onde.
  • Le fait de réaliser une pluralité d'éléments rayonnants dans un même module présente bien évidemment l'avantage de simplifier le processus de fabrication des antennes : chaque plaque métallique mince autoportante 11, 13 subit ainsi une opération de découpage/emboutissage comme défini ci-dessus formant simultanément une pluralité de fentes-plots. De même, le support diélectrique 12 de la ligne conductrice d'excitation 22 comporte une pluralité de terminaisons d'excitation 30 ménagées en regard des paires de fentes-plots correspondant à chaque élément rayonnant. Cette conception est particulièrement appropriée à un mode de fabrication en masse des antennes.
  • De façon avantageuse, une antenne peut être réalisée par combinaison de plusieurs modules. Dans le cas d'antennes de dimensions relativement grandes, cette technique présente l'avantage de diminuer le coût de fabrication, en diminuant la taille des outils utilisés. Dans le mode de réalisation à plaques embouties, les économies réalisées peuvent être importantes ; en outre, la diminution de la taille des outils permet de mieux maîtriser la précision de mise en forme des plaques embouties. Enfin, l'avantage est encore plus déterminant si chaque antenne est réalisée par addition de plusieurs modules identiques.
  • Dans le cas d'une combinaison de plusieurs modules, les moyens de liaison entre modules peuvent être réalisés par guides d'ondes d'entrée/sortie, ou par connexion de terminaisons d'entrée/sortie de modules adjacents (voir fig. 12, 13, 14 du Certificat d'Addition en France n°87 00181, correspondant aux fig. 19, 20, 21 de la demande de brevet européen correspondante 87-401252.9).
  • Dans le mode de réalisation de la figure 2, la structure 11, 12, 13 est complétée par une plaque de fond emboutie 14 formant des cavités fermées 26, et par une couronne supérieure 25 emboutie formant des cavités ouvertes 27.
  • Le mode de réalisation représenté comporte une cavité par élément rayonnant. Toutefois, il est également envisageable de réaliser des cavités, notamment des cavités arrière fermées, communes à plusieurs éléments rayonnants, par exemple quatre éléments rayonnats adjacents en "carré". Il est aussi possible de munir le module d'antenne d'une simple plaque de fond plane dépourvue de cavités.
  • On notera que ce mode de réalisation de l'antenne fait exclusivement intervenir une technologie d'emboutissage de tôles métalliques pour la fabrication des quatre plaques 11, 13, 14, 25. L'opération d'emboutissage permet d'une part de former les fentes-­plots 20a, 31a ; 20b, 31b, et d'autre part, de former la couronne 25 à cavités ouvertes 27, et la plaque de fond emboutie 14 à cavités fermées 26. On remarquera que, du simple point de vue du procédé de fabrication, la mise en forme de la couronne supérieure 25 s'apparente fort à la mise en forme des fentes-plots de la présente invention, et que la mise en forme des cavités fermées 26 dans la plaque de fond 14 peut être analogue au procédé de conformation des renflements ou butées formant plots de positionnement dans les modes de réalisation des demandes de brevets antérieurs en France no86 08106, 87 00181, et de la demande européenne no87 401252.9.
  • Toutefois, l'analogie entre la mise en forme par emboutissage de la couronne supérieure (27) et des plans de masse (11, 13) s'arrête ici : en effet, l'objectif fonctionnel poursuivi n'est pas le même dans les deux cas : alors que la conformation des cavités ouvertes 27 vise à obtenir une sorte de guide d'ondes de hauteur et de diamètre donnés, le repoussage des parois sensiblement verticales 31a, 31b dans les plans de masse 11, 13, a pour object de permettre un positionnement relatif avec espacement adéquat des plaques 11, 12, 13 de la structure, sans entraîner d'influences parasites sur le fonctionnement des fentes rayonnantes.
  • La figure 2 ne rend compte en aucune façon de la proportion des espacements et des épaisseurs des plaques, qui ont été considérablement déformées pour des raisons de clarté.
  • L'adjonction de la plaque de fond 14, et des cavités 26, 27 présente les avantages suivants.
  • La plaque réfléchissante de fond 14 permet de donner une direction à l'énergie rayonnée, et se trouve à une distance de la structure de l'ordre d'1/4 de la longueur d'onde dans la cavité arrière. Cette distance est un paramètre de réglage du fonctionnement de l'antenne conjointement aux dimensions de la ligne d'alimentation 22 et des dimensions des fentes-plots.
  • La conformation de la plaque de fond 14 pour présenter des cavités arrière fermées 26, et l'adjonction éventuelle de cavités avant ouvertes 27, permet d'optimiser encore davantage la récupération et la canalisation dans la direction d'émission/réception de l'antenne de l'essentiel de l'énergie rayonnée.
  • L'adjonction de cavités avant ouvertes 27 permet d'augmenter le gain de l'antenne. La hauteur des cavités est de préférence supérieure à 0,1 fois la longueur d'onde d'émission. A titre d'exemple, une hauteur des cavités ouvertes 27 de 5 mm à 10 mm donnerait une augmentation de gain de l'ordre de 2 dB, suivant la géométrie, pour une fréquence de fonctionnement de 12 GHz.
  • Dans le mode de réalisation de la figure 2, les plaques 14, 13, 12, 11 et 25 peuvent être assemblées par simple empilage, avec solidarisation par boulonnage, ou par insertion dans un boitier B à couvercle C, comme représenté en figure 3.
  • On notera toutefois que les cavités 26, 27 peuvent également être réalisées sous forme de cabochons individuels emboutis, par anneaux métalliques, par jeux de lames entrecroisées posées sur champ, ou encore par revêtement métallique appliqué sur un matériau non métallique préformé, comme décrit dans les demandes de brevets antérieurs précitées.
  • On notera à cet égard que la réalisation des fentes-plots 20a, 31a ; 20b, 31b selon l'invention peut également être effectuée en rapportant des anneaux métalliques, ou des lames entrecroisées posées sur champ, sur les plaques métalliques minces autoportantes 11, 13, comme décrit plus loin à propos de la figure 9.
  • Dans le mode de réalisation de la figure 3, le module d'antenne représenté comporte des alignements de 5 éléments rayonnants. La figure 3 est une vue en coupe verticale selon l'un de ces alignements.
  • Le module représenté comporte des cavités arrière fermées 26, mais est dépourvu de couronnes avant à cavités ouvertes.
  • En revanche, le module est pourvu d'un polariseur P.
  • Dans le cas où une seule ligne d'excitation est utilisée, la polarisation (sans polariseur) est linéaire avec un champ électrique E parallèle aux lignes d'excitation.
  • Une polarisation circulaire peut être obtenue en utilisant un polariseur plan imprimé (par exemple un polariseur à lignes en méandres) placé au-dessus des éléments rayonnants.
  • Une autre méthode d'obtention d'une polarisation circulaire consiste à exciter deux polarisations linéaires perpendiculaires, déphasées de ± 90° dans chacun des éléments rayonnants, comme représenté en figure 10.
  • Ce même mode de réalisation de la figure 10 permet également d'obtenir une polarisation linéaire double.
  • Les figures 4 et 5 sont des vues de dessus illustrant des modes de réalisation préférentiels de la conformation des fentes-plots selon l'invention.
  • Dans la figure 4, les terminaisons 30 du conducteur central 22 pénètrent en regard des paires de fentes à travers des interruptions 32 de la paroi sensiblement verticale 31a de chaque fente 20a.
  • Comme déjà mentionné, pour le mode de réalisation représenté, et dans le cas d'un fonctionnement aux environs de 12 GHz, la largeur 1 de l'interruption 32 doit être supérieure à 4 à 5 mm, pour un diamètre de fente approximativement égal à 15,5 mm.
  • La justification de la valeur choisie pour la largeur 1 peut être trouvée en figures 7a, 7b.
  • Des calculs ont été effectués pour une ligne suspendue typique (par le programme de C.A.O "Supercompact"), sur une ligne SSL telle que représentée en figure 7b.
  • Le conducteur 22 de la ligne a été placé dans les conditions de l'antenne à fentes-plots, c'est-à-­dire entre deux parois horizontales supérieure 70 et inférieure 71 respectivement, représentant les plans de masse, et entre deux parois verticales 72, 73 représentant les parois sensiblement verticales des fentes-plots.
  • Les parois 70, 71, 72, 73 forment le conducteur extérieur de cette ligne de type coaxial.
  • Les dimensions retenues dans cet exemple sont :
    - espacement vertical Hu = H₁ = 0,8 mm;
    - largeur du conducteur W = 1,4 mm;
    - épaisseur du diélectrique H = 0,075 mm;
    - constante diélectrique de la plaque 74 : eR = 2,2.
  • On a calculé la variation de l'impédance Z₀ de la ligne ainsi définie en fonction de la distance verticale A des parois latérales 72, 73 entre lesquelles est centré le conducteur 22.
  • Le conducteur 22 est monté sur support diélectrique 74. Les parois 70, 71, 72, 73 sont en matériau conducteur.
  • La valeur de l'impédance Z₀ est un paramètre crucial déterminant la performance de l'antenne et l'adaptation de chaque élément rayonnant.
  • La courbe Z₀ - f(A) en figure 7a, indique clairement que l'impédance Z₀ se stabilise au-delà d'une valeur de 4 à 5 mm pour la variable A. En conséquence, à condition de respecter cet espacement minimal, les performances de l'antenne sont stables et parfaitement maîtrisées. Une valeur de 7 mm par exemple pour la largeur 1 des échancrures 32 pratiquées dans les parois sensiblement verticales des fentes-plots, serait tout à fait satisfaisante. Cette valeur de 7 mm n'est toutefois pas une caractéristique limitative de l'invention, mais permet de tolérer par avance d'éventuelles imprécisions de montage et d'assemblage des éléments emboutis de l'antenne suivant l'invention.
  • Des mesures expérimentales sur prototypes sont également en cours de réalisation. D'ores et déjà, les mesures relevées pour le T.O.S. ont révélé une adaptation des éléments rayonnants au moins égale et semble-t-il meilleure dans le cas de fentes-plots, par rapport à un mode de réalisation à fentes sans parois verticales.
  • Pour un élément de référence tel que celui de la figure 1, et muni d'une cavité arrière, on a trouvé que le T.O.S. était inférieur à 1,4 environ entre 10 et 11,5 GHz, soit sur une largeur de bande de 1,5 GHz, pour un diamètre de la fente-plot de 16,5 mm.
  • Ces mesures confirment donc que non seulement la structure de l'antenne proposée est très peu sensible à des imprécisions de fabrication par emboutissage et de montage par empilement ou équivalent, mais encore que les performances d'une telle antenne sont parfaitement compatibles avec les conditions standards de réception d'émissions télévisées par satellites.
  • On pourra se reporter par exemple à la demande européenne no87 401 252.9 pour constater, de façon complémentaire, que l'adaptation de l'antenne est également relativement insensible à des imprécisions des espacements Hu, H₁ de la structure, sur une plage supérieure au tolérance de mise en forme par emboutissage (Hu = 0,8 mm ± 0,3 mm). Les résultats des calculs et des mesures expérimentales effectuées montrent donc qu'il est indifférent de réaliser les parois sensiblement verticales 31a, 31b des fentes-­plots, sous forme d'un bord continu (fig.4) ou d'un bord discontinu (fig.5, fig.6) pourvu que soit respectée la largeur 1 de l'échancrure 32 de passage de terminaison d'excitation 30.
  • Dans les modes de réalisation des figures 5, 6, les fentes-plots sont constituées de deux portions de parois sensiblement verticales 51, 52 ; 61, 62. Ces portions de parois sont placées symétriquement par rapport à l'axe de pénétration des terminaisons d'excitation 30 entre les paires de fentes.
  • Bien entendu, on pourra envisager que les parois sensiblement verticales des fentes-plots soient constituées d'une pluralité de petites portions réparties réguliérement ou non sur la périphérie des fentes.
  • Dans le cas d'un mode de réalisation avec une densité particulièrement forte de fentes rayonnantes, la portion de paroi peut se limiter à un seul élément de quelques millimètres de largeur, par exemple, voire éventuellement à aucun élément pour certaines des fentes si le maintien de l'espacement de la structure est suffisamment assuré au niveau de fentes adjacentes.
  • Les fentes-plots de l'invention peuvent présenter, dans certaines variantes, les caractéristiques schématisées en figures 8 et 9.
  • En figure 8, les parois sensiblement verticales 31a, 31b présentent un bord d'appui 81a, 81b arrondi, pour mieux soutenir le diélectrique 12. Dans ce cas, les diamètres de la fente au niveau du diélectrique 12, et au niveau des plans de masse 11, 13 ne sont pas égaux, et doivent donc être optimisés pour la fréquence de fonctionnement.
  • Dans la variante de la figure 9, les fentes-­plots sont réalisées en rapportant un anneau ouvert 90 ou des portions d'anneau 91 entre chaque plan de masse supérieur 11 et inférieur 13 d'une part, et le diélectrique support 12. Dans ce mode de réalisation, chaque anneau 90 ou portions d'anneau 91 détermine, par son épaisseur, l'espacement de la structure.
  • Les anneaux ou portions d'anneaux 90, 91 peuvent être rapportés par collage, soudage, montage en force, ou autre.
  • Quel que soit le mode de réalisation retenu pour la réalisation des fentes-plots, il est clair que la présente invention inclut également le cas où certaines seulement des fentes rayonnantes sont des fentes-plots, et/ou le cas où des plots supplémentaires d'espacement, formés par repoussement dans les plans de masse 11, 13, ou encore formés par des éléments métalliques ou non métalliques rapportés sur les plans de masse, sont insérés dans la structure. Il est également possible de prévoir de remplir la structure d'un matériau diélectrique, par exemple sous forme de mousse, pour en augmenter la rigidité.
  • Les modules d'antennes suivant l'invention peuvent également être enrobés d'un matériau électromagnétiquement neutre du type d'une matière plastique expansée ou moulée, par exemple du polyuréthanne expansé. Cet enrobage présente notamment l'avantage de protéger le module contre les intempéries lorsque l'antenne doit être utilisée à l'extérieur.
  • Le mode de réalisation à fentes-plots est également compatible avec des antennes à plusieurs niveaux du type de celles présentées en figure 6 de la demande européenne no 87 401 252.9, ou encore avec les modes de réalisation à éléments additionnels de couplage (fig. 7 de la même demande européenne).
  • La solidarisation des différentes plaques superposées constituant l'antenne suivant l'invention peut être assurée par exemple par collage, au cours d'un processus de fabrication comprenant une étape d'immersion des bords d'appui des plaques dans un bain de colle, avant application de chaque plaque sur la plaque précédente.
  • Les figures 11 à 14 illustrent des modes de réalisation de l'invention dans lesquels l'élément d'antenne ne comporte qu'une seule plaque métallique de masse, la plaque supérieure 11 ou la plaque inférieure 13. Dans le mode de réalisation de la figure 11, l'élément d'antenne correspond à celui qui est représenté en figure 2 sans la plaque supérieure 11 et sans la couronne supérieure 25. Les conducteurs imprimés 30 ont été représentés sur la partie supérieure de la plaque diélectrique 12 ; on peut également concevoir un élément d'antenne du même type mais dans lequel ces conducteurs imprimés 30 seront disposés sur la face inférieure de la plaque 12. Dans ce cas, la plaque 12 de circuit imprimé peut constituer une couche protectrice ou radôme ; cette couche peut d'ailleurs être réalisée en mousse expansée puisque l'épaisseur du diélectrique 12 n'intervient plus dans les calculs.
  • La figure 12 représente une variante de réalisation de la figure 3 dans laquelle la plaque métallique supérieure a été supprimée.
  • Le mode de réalisation de la figure 13 correspond à celui de la figure 2 dans lequel on a supprimé la plaque de masse métallique inférieure 13.
  • Dans ces trois modes de réalisation, les conducteurs imprimés 30 ne doivent pas toucher les cavités, la distance minimale permise étant de l'ordre de 0,5 mm pour des dimensions d'antenne typiques fonctionnant à 12 Ghz.
  • Par ailleurs, lorsque l'on ne dispose que d'une seule plaque métallique de masse, cette plaque peut comporter des repoussements de positionnement, avec ou sans paroi verticale des fentes rayonnantes, pour maintenir la plaque diélectrique 12.
  • La figure 14 représente un mode de réalisation qui comporte qu'une seule plaque métallique supérieure 11, les parois verticales étant constituées par des couronnes ou portions de couronne formées par des repoussements 102 réalisés dans un diélectrique ou une mousse diélectrique 101 sur laquelle repose le circuit imprimé mince 12. Dans ce cas, ce diélectrique ou mousse diélectrique 101 peut comporter des cavités arrière.
  • Enfin, la figure 15 représente une variante de réalisation comprenant deux plaques de circuit imprimé indépendantes 12a et 12b qui sont destinées à créer deux polarisations circulaires ou linéaires indépendantes. Dans ce cas, certaines fentes ont des parois verticales dirigées vers le haut et d'autres vers le bas.
  • Dans le cas où on réalise des éléments d'antenne selon l'invention ne comportant qu'une seule plaque de masse, il y a lieu de refaire le calcul des lignes d'alimentation en ce qui concerne l'impédance ; c'est surtout la largeur des conducteurs imprimés qui doit être recalculée.

Claims (15)

1) Elément d'antenne du type comprenant un conducteur central microruban (22) et au moins un plan de masse (11, 13), ledit conducteur central (22) coopérant avec des fentes rayonnantes (20a, 20b) ménagées dans le plan de masse (11, 13) et alignées par paires, ledit conducteur central étant un conducteur microruban porté par une feuille support diélectrique (12) suspendue sur ledit plan de masse,
élément d'antenne caractérisé en ce qu'au moins certaines desdites fentes rayonnantes (20a, 20b) sont des fentes-plots présentant chacune une paroi sensiblement verticale (31a, 31b) sur au moins une partie de la périphérie de la fente, ladite paroi ou portion de paroi (31a, 31b ; 51, 52 ; 61, 62) jouant le rôle de plot de positionnement maintenant l'espacement (Hu, H₁) entre ledit conducteur central (22) et lesdits plans de masse (11, 13).
2) Elément d'antenne suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la feuille support diélectrique (12) est suspendue entre deux plaques métalliques minces autoportantes (11, 13) formant plans de masse supérieur (11) et inférieur (13).
3) Elément d'antenne suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites parois sensiblement verticales (31a, 31b ; 51, 52, 61, 62) sont constituées par repoussement des bords périphériques des fentes (20a, 20b).
4) Elément d'antenne suivant la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites parois sensiblement verticales (31a, 31b ; 51, 52, 61, 62) sont constituées par des couronnes ou portions de couronnes (90 , 91) rapportées entre les plaques métalliques (11, 13) et le diélectrique support (12).
5) Elément d'antenne suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites parois verticales (31a, 31b) présentent une échancrure (32) au niveau du passage de la terminaison d'excitation (30) du conducteur (22).
6) Elément d'antenne suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins certaines desdites fentes rayonnantes sont des fentes-plots présentant deux portions de parois sensiblement verticales (51, 52, 61, 62) réparties symétriquement par rapport à l'axe d'introduction de la terminaison d'excitation (30) du conducteur (22) à l'intérieur de la paire de fentes (20a, 20b).
7) Elément d'antenne suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites parois sensiblement verticales (31a, 31b ; 51, 52, 61, 62) présentent un bord d'appui (81a, 81b) essentiellement arrondi au contact du diélectrique support (12).
8) Elément d'antenne suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins certaines des fentes rayonnantes (20a, 20b) présentent deux échancrures (32) dans les parois sensiblement verticales (31a, 31b), pour le passage de deux terminaisons d'excitation (101, 102) à 90°.
9) Elément d'antenne suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins certaines desdites fentes rayonnantes coopèrent avec des cavités avant ouvertes (27) et/ou des cavités arrière fermées (26).
10) Elément d'antenne suivant la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites fentes-­plots (20a, 20b) sont formées au cours d'une double opération, simultanément ou successivement, de découpage et emboutissage d'une pluralité de fentes-­plots dans chacune desdites plaques minces autoportantes (11, 13) formant plans de masse.
11) Elément d'antenne suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte seulement une plaque métallique inférieure (13).
12) Elément d'antenne suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte seulement une plaque métallique supérieure (11).
13) Elément d'antenne suivant la revendication ou 12, caractérisé en ce que les parois verticales (31a, 31b) sont constituées par des repoussements réalisés dans un diélectrique ou une mousse diélectrique (101) sur laquelle repose le circuit imprimé mince (12).
14) Elément d'antenne suivant la revendication 13, caractérisé en ce que le diélectrique ou mousse diélectrique (101) comprend des cavités arrière ou avant.
15) Elément d'antenne suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'elle comporte deux circuits imprimés indépendants (12a, 12b) destinés à créer deux polarisations circulaires ou linéaires indépendantes.
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