EP0783189A1 - Microwave planar antenna array for communicating with geostationary television satellites - Google Patents

Microwave planar antenna array for communicating with geostationary television satellites Download PDF

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EP0783189A1
EP0783189A1 EP96402668A EP96402668A EP0783189A1 EP 0783189 A1 EP0783189 A1 EP 0783189A1 EP 96402668 A EP96402668 A EP 96402668A EP 96402668 A EP96402668 A EP 96402668A EP 0783189 A1 EP0783189 A1 EP 0783189A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna
antenna according
excitation circuits
recesses
lines
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP96402668A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Emmanuel Rammos
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Agence Spatiale Europeenne
Original Assignee
Agence Spatiale Europeenne
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agence Spatiale Europeenne filed Critical Agence Spatiale Europeenne
Publication of EP0783189A1 publication Critical patent/EP0783189A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006Particular feeding systems
    • H01Q21/0075Stripline fed arrays
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061Two dimensional planar arrays

Definitions

  • the invention relates to a receiving and / or transmitting microwave flat array antenna.
  • It relates more particularly to a dual polarization and double beam antenna.
  • double beam antennas are very interesting for many applications such as the reception of two satellites placed on different orbital positions.
  • pairs of satellites such as ASTRA and TELECOM, ASTRA and EUTELSAT, etc.
  • parabolic antennas provided with two reception heads offset from the focal point, each being intended to receive one of the beams.
  • Motorized satellite dishes can also be used which allow the reception of two or more satellites, but are of a high cost price.
  • An interesting alternative to this type of antenna could be constituted by planar array antennas, produced essentially on the basis of multilayer printed circuit boards, more particularly antennas of the radiant-slot type.
  • this type of antenna must have a high efficiency and bandwidth so as to cover the bandwidth of the satellites to be received (typically 20% of the combined band).
  • Inclined beams for array type antennas can be generated by supplying the radiating elements, with which these antennas are provided, by progressive phase shift signals, so as to adapt to the phase differences of the inclined wave received by each element. radiant.
  • This phase shift can be obtained in the network supply circuit by numerous methods, for example by using phase shifters, delay lines, etc. These methods are well known in the case of radar applications or space transmissions.
  • phase shift can be obtained by an appropriate modification of the length of the supply lines, as shown, for example, in the book by RP OWENS: "Handbook of Microstrip Antennas", JR James Hall, PS Hall, IEE, Vol II., 1989, Peter Peregrinus, London, pages 825-843 and 858-866, (see more particularly figure 14.9).
  • phase excitations of the radiating elements must be provided, by means of beam conformers.
  • beam conformers For this purpose, one can use Blass or Butler matrices, for example.
  • radiating elements with transitions are practically excluded for the production of antennas for reception of direct broadcast television satellites. Indeed, they have a low bandwidth, require the use of high performance dielectrics and imply very high manufacturing tolerances. Even in the case of a double polarization, simply at two levels, networks with power transitions for a satellite reception antenna are not suitable. Such networks have not been marketed, a fortiori, at the manufacturing stage, this type of transition network is not compatible for multilayer power supplies, without having to use vertical transitions, welding steps. , etc., provisions which are very complex and costly to implement.
  • the invention therefore sets itself the goal of an antenna of the aforementioned type, compatible with all the requirements mentioned, in particular a low cost price, a simple manufacture and not requiring compliance with high tolerances, and finally offering a high efficiency and a wide bandaged. It also offers the above double property.
  • the antenna according to the invention retains most of the characteristics of the structure adopted for flat antennas according to the prior art, advantageously those of the antenna described in European patent application EP-A-0 252 779 cited above.
  • the latter antenna in an alternative embodiment allowing double polarization, comprises slot radiating elements.
  • a stack is provided consisting of three metal ground plates provided with recesses and a pair of suspended microstrips, in printed circuit. These microstrips are interposed between the ground plates, one for vertical polarization, the other for horizontal polarization.
  • each pair of microstrips or more generally of transmission lines, has the capacity of double polarization.
  • the antenna according to the invention has a reception and / or transmission capacity in double polarization and in double beam, which enables it to receive and / or transmit, from and / or to two different directions, a signal electromagnetic having two different polarizations.
  • the subject of the invention is therefore a planar microwave antenna comprising a plurality of slotted radiating elements, arranged in space according to a determined configuration, the antenna consisting of a multilayer stack comprising first, second and third plates. mass, substantially parallel to each other, each provided with shaped recesses determined and aligned in pairs along an axis orthogonal to the planes formed by the three plates, and first and second independent excitation circuits, arranged in first and second planes, the first plane being located between the first and second ground plates and the second plane being located between the second and third ground plates, these excitation circuits being made up of suspended lines of signal transmission, cooperating with the recesses by electromagnetic coupling to form said radiating elements, the excitation circuits being arranged so that the antenna emits and / or receives first and second beams of electromagnetic waves, towards and / or from two directions inclined with respect to each other, characterized in that said stack comprises at least third and fourth independent excitation circuits, arranged in third and fourth planes, in c e that these ex
  • the invention also relates to the application of such an antenna to the direct reception of geostationary television satellites placed on different orbital positions.
  • Figure 1 schematically shows the planar antenna At in section.
  • Figure 2 illustrates, in cutaway, a detail of this antenna relating to one of the radiating elements Er i ; i being any index between 1 and the total number of radiating elements. It should indeed be understood that this type of antenna has many radiating elements Er i , distributed, for example, along the rows and columns of a matrix configuration, so as to form an array.
  • the antenna shown in these FIGS. 1 and 2 is of the line type with suspended microstrips, constituted by central conductors 140 carried by a dielectric support sheet 14. This is suspended between two metal plates, upper and lower, 12 and 11, respectively.
  • the plates are each provided with recesses (circular in the example described), 120 and 110, respectively, aligned in pairs at the projecting terminations of the central conductors 140 forming microstrips.
  • planar array antenna At illustrated in FIGS. 1 and 2
  • planar array antenna At is more complex, because it allows a double polarization or a double beam.
  • the plate 13 is a sheet of dielectric material and supports elongated conductors 130 forming microstrips and similar to the conductors 140. They are however arranged in two directions orthogonal to each other.
  • the plate 10 is a metal plate and supports recesses 100, aligned with the recesses 110 and 120.
  • each radiating element Er i of the network of the antenna At, two independent power supply lines (not shown) are arranged on two separate planes, for example the planes of the dielectric sheets 13 and 14.
  • the microstrips 130 and 140 constitute the active terminations of these supply lines.
  • the basic multi-plate structure of the planar array antenna At therefore consists of five plates or sheets. This basic multi-plate structure is completed by a reflective metallic bottom plate 15.
  • the excitation in "vertical" polarization is provided, for example, by the microstrip circuit 140, and the “horizontal” polarization is provided, in this case by the microstrip circuit 130.
  • the functions can naturally be reversed.
  • the median mass plate 11 is used by the two microstrip circuits 130 and 140.
  • the relative positioning of planes 10, 13, 11, 14 and 12 and 15, the dimensioning of the recesses 120 and 110 and the length of the projecting terminations of the central conductors 130 and 140 are determined so that the recesses 120 and 110 play the role of radiant slots electromagnetically coupled to the power line, for a relatively wide operating frequency band.
  • the recesses, 120 and 110, of the same pair have their centers aligned on a vertical axis (that is to say orthogonal to the plates of the structure) and can have equal diameters.
  • the diameters of the recesses of the same pair may be slightly different, which has the effect of increasing the bandwidth.
  • each recess depends essentially on its dimensions, and if two recesses of the same pair have slightly different central operating frequencies, the total bandwidth is increased.
  • the diameter of the recesses, 120 and 110, is of the order of 0.3 to 0.7 wavelength.
  • the spacing between two consecutive elements, on a line or a column of the above-mentioned matrix configuration is typically within a range 0.7 to 0.9 wavelength.
  • the bottom reflecting plate 15 makes it possible to impose a determined direction on the radiated energy. It is located at a distance from the multi-plate structure of the antenna At on the order of a quarter of the wavelength. This distance is very important, because it gives the possibility of optimizing the operation jointly with the dimensions of the power supply line, 130 and 140, and of the various printed networks of microstrips.
  • each excitation line can be obtained by adjusting the length of the advancing terminations opposite the aforementioned recesses, 100, 110 and 120, and the distance separating the multi-plate structure from the bottom reflecting plate 15. In conferring a phase shift of + 90 ° and -90 ° to the signals conveyed by the excitation lines, one can obtain a circular polarization, right or left, respectively. If a -3 dB hybrid circuit is used to combine the signals from the two linear polarization outputs, double circular polarization can be obtained.
  • FIG. 3 shows the configuration of the excitation circuits carried by the dielectric support 14, referenced with respect to two orthonormal axes YX.
  • the primary supply circuit Ca starts from a single line entering the plate 14, parallel to the axis Y (in the example described) and which is regularly subdivided into a tree structure consisting of a series of lines parallel to the axes Y and X. The ultimate endings of this tree structure feed the microstrips 140.
  • a great symmetry of the topology of the circuits is observed with respect to the center C of the plate 14 (first subdivision).
  • all the lines constituting the supply circuits pass between the slots of the radiating elements Er i and draw nested "H" s, connected to each other, oriented alternately along the two axes X and Y, and the dimensions of which decrease regularly.
  • this type of antenna allows only a double polarization or a double beam. It does not allow double property, that is to say double polarization and the double beam (two distinct directions of emission and / or reception).
  • the antenna according to the invention has both the capacity of double beam and of double polarization.
  • two additional circuits, 160 and 170 are each made up of microstrips suspended in printed circuits, for the double polarization of one of the two beams (the beam arbitrarily referenced No. 1). They are placed, the first, 170, on a dielectric sheet 17, placed at the "top" of the sandwich (in this case above the upper plate 12); the second, 160, on a dielectric sheet 16, placed below the bottom plate 10.
  • microstrips cooperate with the recesses, 100, 101 and 120, of the metal plates 10, 11 and 12 so as to form radiating elements with slot Er i .
  • the microstrips, 160 and 170 are arranged (in the example described) on their respective supports, 16 and 17, in two directions orthogonal to each other, D 160 and D 170 , to obtain crossed polarizations, that is to say horizontal and vertical.
  • the middle metal plate can be omitted by appropriately spacing the circuits surrounding it.
  • FIG. 6 schematically illustrates, in section, a first variant.
  • the flat antenna, referenced here 1 ′ consists, as before, of three metal plates 10, 11 and 12, provided with recesses, 100, 110 and 120, respectively, to form the radiating elements with slot Er i .
  • the distribution in the sandwich layers is also different.
  • the circuits 160 are placed above the plate 10 (supposed to be the bottom plate of the sandwich).
  • the circuits 130 and 140 are located on either side (below and above, respectively) of the intermediate plate 11.
  • the circuits 170 are located below the plate 12.
  • microstrips in this embodiment, can be replaced by coplanar waveguides.
  • polarization No. 1 represents either the horizontal polarization or the vertical polarization
  • polarization No. 2 representing the dual polarization. Indeed, this depends on the relative directions of the microstrips 160, 130, 140 and 170.
  • FIG. 7 illustrates another example of a multi-plate structure of a planar array antenna, referenced here 1 ".
  • the sandwich forming the 1 "antenna consists of five metal plates, 10a, 10, 11, 12 and 12a (10a being the bottom plate of the 1" sandwich in FIG. 7), comprising recesses, 100a, 100, 110, 120 and 120a, respectively, and four sheets of dielectric material, 16, 13, 14 and 17, support for microstrips or coplanar waveguides: 160, 130, 140 and 170, respectively.
  • FIGS. 8 to 10 are detail figures, in section, illustrating three alternative embodiments allowing the spacing of the planes, 16 or 13, supports of the microstrips 130 and 160, relative to the ground plane 10.
  • the spacing between two circuit support planes is obtained by bosses, 101 and 102, produced in the intermediate metallic ground plane 10. More precisely, these bosses have "positive" alternations (upwards, in the figure), 101, in contact with the support 13, and “negative” alternations (down, in the figure) in contact with the support 16.
  • These supports, 16 and 13, are advantageously made up of dielectric films (for example Mylar® or Kapton®) on which are engraved, in printed circuits, microstrips 160 and 130, respectively. The thickness of these films is typically of the order of 25 to 75 ⁇ m.
  • the spacing between two support planes is typically in the range 0.5 to 2 mm.
  • the bosses therefore have an "amplitude" of approximately 0.25 to 1 mm.
  • the spacing can also be provided by layers of dielectric expanded foam, of appropriate thickness.
  • the spacing is obtained by means of spacers, 18, arranged between the planes 16 and 10, on the one hand, and the planes 10 and 13, on the other hand .
  • Various materials can be used: plastic, foam, metal, etc.
  • the fixing can be obtained in a conventional manner: screwing, gluing, etc.
  • the spacers 18 can also be used as mode suppressors.
  • the supports 16 and 13 are plates of dielectric material of greater thickness and are used both as a support and as a spacer.
  • the metal ground circuit 10 comprising the recesses 100 is etched.
  • at least one plates, 16 or 13, is a double-sided printed circuit.
  • the type of transmission lines used can be, as already indicated, a microstrip. However, it can be made up of other conventional types: slotted line, co-planar line, two-wire line, radiating elements with a loop, dipole, slit, or any combination of these types of lines.
  • FIG. 11 to 15 illustrate some of these different types of lines.
  • FIG. 11 illustrates an example of co-planar waveguides, 16c and 13c, produced on the supports 160 and 130, respectively, and separated by the ground plane 10 provided with the recesses 100.
  • Each line in the example described, comprises an elongated central conductor, 131c or 161c, opening into a recessed area, 163c or 133c, of a metal area, 162c or 132c, for example of square or circular shape.
  • the central conductor, 161c or 131c is surrounded by a solid metal zone: the external conductors 162c or 132c, also surrounding the hollowed-out zone, 163c or 133c.
  • the ground plane 10 consists of a metal plate comprising recesses 100 aligned with the recesses 163c and 133c.
  • the printed circuit supports, 16 and 13 may consist, as previously, of dielectric films, if spacers or other spacers are used (FIGS. 8 or 9), or thicker dielectric plates (figure 10).
  • FIG. 12 illustrates an example of slotted lines, 16s and 13s, produced on the supports 16 and 13, respectively, and separated by the ground plane 10 provided with recesses 100.
  • Each slotted line in the example described, comprises a central groove, 131s or 161s, opening into a recessed area, 162s or 132s, of a metal pad, 163s or 133s, for example of square shape.
  • This central groove, 161s or 131s is surrounded by a solid metal zone, 162s or 132s, also surrounding the recess, 163s or 133s.
  • ground plane 10 and the supports, 16 and 13, retain the same structure as above.
  • FIG. 13 illustrates an example of two-wire lines with a dipole element, 16d and 13d, produced on the supports 16 and 13, respectively, and separated by the ground plane 10 provided with recesses 100.
  • Each line firstly comprises two parallel ribbons, 161d1 - 161d2 and 131d1 - 131d2, respectively. These two parallel ribbons extend, in a zone situated below (for line 16d) or above (for line 13d) of the recess 100, by two branches, 162d1 - 162d2 and 132d1 - 132d2, respectively, forming an angle of 90 ° with the aforementioned microstrips.
  • ground plane 10 and the supports, 16 and 13, retain the same structure as above.
  • FIG. 14 illustrates an example of two-wire lines with a loop element, 16b and 13b, produced on the supports 16 and 13, respectively, and separated by the ground plane 10 provided with recesses 100.
  • Each line firstly comprises two parallel ribbons, 161b1 - 161b2 and 131b1 - 131b2, respectively.
  • These two parallel ribbons extend, in an area located below (for line 16d) or above (for line 13d) of the recess 100, by a loop, 163b and 133b, respectively. More specifically, this loop, 163b and 133b, respectively, has the same shape as the recess 100, so as to be aligned with it.
  • Figure 15 illustrates another example of a suspended microstrip line configuration.
  • the general structure is similar to that illustrated in Figure 5.
  • microstrips, 16m and 13m have two parts: a microstrip part proper, 161m and 131m, respectively, which ends in a solid central metal area, 162m and 132m, respectively. More precisely, this solid central metal area, 162m and 132m, has substantially the same shape as the recess 100, so as to be aligned with it.
  • the solid central metal areas (for example the 162 m or 132 m areas in FIG. 15), as well as the recesses 100 may have various shapes: square, circular, elliptical, cruciform, annular, etc.
  • the structure of the complete antenna can be in accordance with that taught by the above-mentioned European patent application EP-A-0 252 779.
  • the complete antenna comprises two main parts: a multilayer stack and an external ground plane 15 forming a reflector.
  • FIG. 16 schematically illustrates an exemplary embodiment of a complete planar array antenna. To fix the ideas, we considered the antenna structure 1 ′ in the variant illustrated in FIG. 6.
  • the multi-plate stack constitutes a first part of the antenna, referenced A in FIG. 16.
  • the upper plate of the stack is a ground plane 12 provided with recesses 120.
  • the lower planes successively comprise, starting from the top, two planes, 17 and 14, of excitation circuits (FIG. 6: 170 and 140), a median ground plane 11 with recesses (FIG. 6: 110), again, two planes, 13 and 16, of excitation circuits (FIG. 6: 130 and 160), and one plane mass less than 10 with recesses (Figure 6: 100).
  • the excitation circuits constitute the active terminations of circuits for supplying Ca energy (for a transmitting antenna) or for transmitting signals (for a receiving antenna), shown in dotted lines in FIG. 16.
  • the recesses (for example 120, for the plate 12) are arranged regularly at the intersections of the rows and columns of a rectangular matrix.
  • the second part of the antenna 1 ′, referenced B in FIG. 16, consists of a metal housing 19, the bottom of which serves as an external mass and plays the role of the reflective plate 15.
  • the space between the first circuit support or the first ground plane with recess, according to the embodiments (for example the ground plate 10 in the example described), can advantageously be filled with foam.
  • the plates can be spaced apart by layers of foam.
  • the assembly can naturally, and in a known manner, be completed by a protective envelope (not shown) permeable to waves, for example of plastic material.
  • the structure 19 forms a box, with its bottom and its folded side edges, 150 and 151. It is also possible (in a variant embodiment not shown) to use cavities behind each radiating element or group of radiating elements (for example columns ). This variant embodiment, in itself, is described in the aforementioned European patent application. This cavity structure generally allows a greater inclination of the two waves transmitted and / or received, one with respect to the other.
  • the invention allows multiple combinations of beam polarization: for example a double linear beam polarization, plus two crossed beam polarizations.
  • the invention achieves the goals it has set for itself.
  • the additional cost is also very limited.
  • the antenna according to the teaching of the invention is perfectly usable for general public applications, in particular in the preferred application, that is to say the reception of two geostationary satellites for broadcasting programs of television.
  • ground planes as well as the housing, can be produced simply by stamping metal sheet, which constitutes an operation, both not very complex and inexpensive.
  • the antenna essentially uses known technologies, per se, and commonly used in the field of transmission and / or reception, in particular in the frequency range of the order of 12 GHz in the preferred reception application. geostationary satellites. It follows that the aforementioned parameters (dimensions, choice of materials) constitute only a simple technological choice within the reach of those skilled in the art and which essentially depend on the precise application envisaged.

Abstract

The antenna (1) is formed from a stack of circuit boards. There are three sets of earth boards (10-12) and each has a number of RF radiating holes (120). Each board has two sets of circuit feed boards (17,14) sandwiched between it and the next earth board. Each board is formed from individual RF radiating patches which radiate into the upper holes. The feed lines are made from a coplanar waveguide, or microstrip, and the two boards provide two 90 degree separated polarisation returns.

Description

L'invention concerne une antenne réseau plane hyperfréquence réceptrice et/ou émettrice.The invention relates to a receiving and / or transmitting microwave flat array antenna.

Elle concerne plus particulièrement une antenne à double polarisation et double faisceau.It relates more particularly to a dual polarization and double beam antenna.

Elle concerne encore l'application d'une telle antenne à la réception individuelle de deux satellites de télévision géostationnaires, ou "DTH" selon l'expression anglo-saxonne ("Direct To Home"), par exemple en bande X (12,1 GHz).It also relates to the application of such an antenna to the individual reception of two geostationary television satellites, or "DTH" according to the Anglo-Saxon expression ("Direct To Home"), for example in X band (12.1 GHz).

Il est clair que les antennes à double faisceau sont très intéressantes pour de nombreuses applications telles que la réception de deux satellites placés sur des positions orbitales différentes. On peut citer les couples de satellites tels que ASTRA et TELECOM, ASTRA et EUTELSAT, etc.It is clear that the double beam antennas are very interesting for many applications such as the reception of two satellites placed on different orbital positions. We can cite the pairs of satellites such as ASTRA and TELECOM, ASTRA and EUTELSAT, etc.

Dans la technique courante, on fait appel à des antennes paraboliques munies de deux têtes de réception décalées par rapport au point de focalisation, chacune étant destinée à recevoir l'un des faisceaux. On peut faire appel également à des antennes paraboliques motorisées qui permettent la réception de deux satellites ou plus, mais sont d'un prix de revient élevé.In the current technique, use is made of parabolic antennas provided with two reception heads offset from the focal point, each being intended to receive one of the beams. Motorized satellite dishes can also be used which allow the reception of two or more satellites, but are of a high cost price.

Ce type d'antenne est par nature encombrant, même si la haute puissance rayonnée des satellites récents a permis d'en réduire sensiblement les dimensions hors-tout. L'esthétique de ces antennes n'est pas non plus exempt de critiques.This type of antenna is cumbersome by nature, even if the high radiated power of recent satellites has made it possible to significantly reduce its overall dimensions. The aesthetics of these antennas is not free from criticism either.

Une alternative intéressante à ce type d'antenne pourrait être constituée par des antennes réseau planes, réalisées essentiellement à base de plaques de circuits imprimés multicouches, plus particulièrement des antennes du type à éléments rayonnants à fente.An interesting alternative to this type of antenna could be constituted by planar array antennas, produced essentially on the basis of multilayer printed circuit boards, more particularly antennas of the radiant-slot type.

Cependant, malgré de nombreuses études, il n'existe pas actuellement, pour les applications grand public du type précité, d'antennes planes à double faisceau et double polarisation, qui sont, à la fois, économiques et susceptibles d'être fabriquées en grande série.However, despite numerous studies, there are currently no, for general public applications of the aforementioned type, double beam and double polarization planar antennas, which are both economical and capable of being mass produced. series.

En outre, ce type d'antenne doit présenter un rendement et une bande passante élevés de façon à couvrir la bande passante des satellites à recevoir (typiquement 20 % de la bande combinée).In addition, this type of antenna must have a high efficiency and bandwidth so as to cover the bandwidth of the satellites to be received (typically 20% of the combined band).

De nombreuses antennes planes ont été proposées. Il s'agit cependant, soit de projets n'ayant pas dépassé le stade du laboratoire (antennes expérimentales), soit d'antennes à usage professionnelles, par exemple pour les applications radar.Many planar antennas have been proposed. However, these are either projects that have not passed the laboratory stage (experimental antennas), or antennas for professional use, for example for radar applications.

De façon non exhaustive, on peut citer les antennes suivantes :Non-exhaustively, the following antennas can be cited:

Un modèle expérimental d'antenne plane du type à double faisceau à ligne radiale a été proposé dans l'article de Jun-Ichi Takada et al. : "A Dual Beam-Polarized Radial Line Slot Antenna", paru dans "IEE Antennas and Propagation Society International Symposium", 1993, pages 1624-1627. Cependant, cette antenne ne permet qu'une seule polarisation par faisceau. Il est également à remarquer qu'une antenne à ligne radiale ne permet qu'une bande passante restreinte (moins de 5 % de la bande passante combinée). En outre, des contraintes de fabrication serrées sont inhérentes à la structure adoptée, même si l'on se contente d'une version à un seul faisceau. Naturellement, les problèmes sont encore plus importants pour une version à double faisceau.An experimental planar antenna of the double beam type with radial line was proposed in the article by Jun-Ichi Takada et al. : "A Dual Beam-Polarized Radial Line Slot Antenna", published in "IEE Antennas and Propagation Society International Symposium", 1993, pages 1624-1627. However, this antenna allows only one polarization per beam. It should also be noted that a radial line antenna only allows a limited bandwidth (less than 5% of the combined bandwidth). In addition, tight manufacturing constraints are inherent in the structure adopted, even if we are content with a single beam version. Naturally, the problems are even greater for a double beam version.

Des faisceaux inclinés pour des antennes de type réseau peuvent être générés en alimentant les éléments rayonnants, dont sont munies ces antennes, par des signaux à déphasage progressif, de façon à s'adapter aux différences de phase de l'onde inclinée reçue par chaque élément rayonnant.Inclined beams for array type antennas can be generated by supplying the radiating elements, with which these antennas are provided, by progressive phase shift signals, so as to adapt to the phase differences of the inclined wave received by each element. radiant.

Ce déphasage peut être obtenu dans le circuit d'alimentation du réseau par de nombreux procédés, par exemple en utilisant des déphaseurs, des lignes à délais, etc. Ces méthodes sont bien connues dans le cas des applications radar ou des transmissions spatiales.This phase shift can be obtained in the network supply circuit by numerous methods, for example by using phase shifters, delay lines, etc. These methods are well known in the case of radar applications or space transmissions.

Pour des réseaux passifs à faisceau fixe, ce déphasage peut être obtenu par une modification appropriée de la longueur des lignes d'alimentation, comme le montre, par exemple, le livre de R. P. OWENS: "Handbook of Microstrip Antennas", J.R. James Hall, P.S. Hall, IEE, Vol II., 1989, Peter Peregrinus, Londres, pages 825-843 et 858-866, (voir plus particulièrement figure 14.9).For passive fixed-beam networks, this phase shift can be obtained by an appropriate modification of the length of the supply lines, as shown, for example, in the book by RP OWENS: "Handbook of Microstrip Antennas", JR James Hall, PS Hall, IEE, Vol II., 1989, Peter Peregrinus, London, pages 825-843 and 858-866, (see more particularly figure 14.9).

Pour des faisceaux multiples, il doit être prévu plusieurs excitations de phase des éléments rayonnants, ce par l'intermédiaire de conformateurs de faisceaux. A cet effet, on peut avoir recours des matrices de Blass ou de Butler, par exemple.For multiple beams, several phase excitations of the radiating elements must be provided, by means of beam conformers. For this purpose, one can use Blass or Butler matrices, for example.

Ces méthodes peuvent être mises en oeuvre, de façon relativement simple pour des réseaux linéaires. Ce n'est plus du tout le cas pour des réseaux bi-dimensionnels plans. Il devient très difficile d'implanter les circuits requis: lignes d'alimentation, diviseurs, circuits hybride, etc., plus particulièrement lorsqu'on compte des centaines d'éléments rayonnants, ce qui est le cas des antennes réseau de grandes dimensions, adaptées à la réception de satellites de télévision à diffusion directe. En effet, ces composants doivent être insérés entre les éléments rayonnants.These methods can be implemented in a relatively simple manner for linear networks. This is no longer at all the case for two-dimensional plane networks. It becomes very difficult to install the required circuits: power lines, dividers, hybrid circuits, etc., especially when there are hundreds of radiating elements, which is the case with network antennas. large dimensions, suitable for reception of direct broadcast television satellites. Indeed, these components must be inserted between the radiating elements.

En outre, pour ce type d'application, les alimentations séries décrites dans le livre précité (figure 14.33) ne sont pas, de toute façon, adaptées, car la bande passante est limitée pour des réseaux de grandes dimensions.In addition, for this type of application, the serial power supplies described in the aforementioned book (Figure 14.33) are not, in any case, suitable, because the bandwidth is limited for large networks.

On a proposé d'autres type d'alimentation, par exemple dans la demande de brevet européen EP-A-0 252 779 (Emmanuel RAMMOS), plus particulièrement par référence à la figure 16. La structure décrite (longueur de la ligne d'excitation et les connecteurs de sortie) permet d'obtenir une grande bande passante. Cependant, l'antenne décrite permet une double polarisation ou un double faisceau, mais pas les deux à la fois.Other types of power supply have been proposed, for example in European patent application EP-A-0 252 779 (Emmanuel RAMMOS), more particularly with reference to FIG. 16. The structure described (length of the line of excitation and output connectors) provides a large bandwidth. However, the antenna described allows a double polarization or a double beam, but not both at the same time.

Enfin, la combinaison d'alimentations séries et de matrices ou de circuits hybrides est également possible. Une telle combinaison est divulguée dans le livre précité, plus particulièrement en regard de la figure 14.35, mais elle ne permet pas non plus une bande passante suffisante pour l'application préférée de l'invention. En outre, son implantation est limitée, de façon pratique, à des réseaux de dimensions relativement faibles.Finally, the combination of series power supplies and matrices or hybrid circuits is also possible. Such a combination is disclosed in the aforementioned book, more particularly with regard to FIG. 14.35, but it also does not allow sufficient bandwidth for the preferred application of the invention. In addition, its implementation is limited, in practical terms, to networks of relatively small dimensions.

Une solution possible, répondant tout à la fois aux besoins qui se font sentir pour l'application préférée de l'invention et aux problèmes soulevés, consisterait en la réalisation de transitions entre les éléments rayonnants vers des réseaux d'alimentation multicouches. Cette technique a été utilisée dans le cas de la génération de polarisation double pour des réseaux de transitions verticales. Elle est décrite dans le livre précité, en regard de la figure 14.32.One possible solution, responding both to the needs which are felt for the preferred application of the invention and to the problems raised, would consist in making transitions between the radiating elements to multilayer supply networks. This technique has been used in the case of the generation of double polarization for networks of vertical transitions. It is described in the aforementioned book, opposite figure 14.32.

Cependant, il est à noter que des éléments rayonnants à transitions sont pratiquement exclus pour la réalisation d'antennes de réception de satellites de télévision à diffusion directe. En effet, ils présentent une faible bande passante, nécessitent le recours à des diélectriques à hautes performances et impliquent des tolérances de fabrication très élevées. Même dans le cas d'une polarisation double, simplement à deux niveaux, des réseaux à transitions d'alimentation pour une antenne de réception de satellite ne sont pas appropriés. De tels réseaux n'ont d'ailleurs pas été commercialisés.A fortiori, au stade de la fabrication, ce type de réseaux à transitions n'est pas compatible pour des alimentations multicouches, sans avoir recours à des transitions verticales, des étapes de soudage, etc., dispositions qui sont très complexes et coûteuses à mettre en oeuvre.However, it should be noted that radiating elements with transitions are practically excluded for the production of antennas for reception of direct broadcast television satellites. Indeed, they have a low bandwidth, require the use of high performance dielectrics and imply very high manufacturing tolerances. Even in the case of a double polarization, simply at two levels, networks with power transitions for a satellite reception antenna are not suitable. Such networks have not been marketed, a fortiori, at the manufacturing stage, this type of transition network is not compatible for multilayer power supplies, without having to use vertical transitions, welding steps. , etc., provisions which are very complex and costly to implement.

L'enseignement que l'on peut tirer des antennes de l'art connu et des études menées par la Demanderesse montre que, de façon réaliste, une antenne pour des besoins "grand public" doit être dérivée, de façon simple, d'un modèle d'antenne plane existante. Elle doit, en outre, offrir une capacité de réception double faisceau et double polarisation, pour son application à la réception de satellites de télévision à diffusion directe. De façon plus générale, elle doit pouvoir offrir une capacité d'émission et/ou de réception, présentant cette double propriété, pour des applications moins spécifiques.The lessons which can be drawn from the antennas of the known art and from the studies carried out by the Applicant show that, realistically, an antenna for "general public" needs must be derived, in a simple way, from an existing planar antenna model. It must, moreover, offer a reception capacity double beam and double polarization, for its application to the reception of television satellites with direct diffusion. More generally, it must be able to offer transmission and / or reception capacity, having this dual property, for less specific applications.

L'invention se fixe donc pour but une antenne du type précité, compatible avec toutes les exigences rappelées, notamment un faible prix de revient, une fabrication simple et ne requérant pas le respect de tolérances élevées, et enfin offrant un rendement élevé et une large bande. Elle offre, en outre, la double propriété précitée.The invention therefore sets itself the goal of an antenna of the aforementioned type, compatible with all the requirements mentioned, in particular a low cost price, a simple manufacture and not requiring compliance with high tolerances, and finally offering a high efficiency and a wide bandaged. It also offers the above double property.

Pour ce faire, l'antenne selon l'invention conserve l'essentiel des caractéristiques de la structure adoptée pour des antennes planes selon l'art connu, avantageusement celles de l'antenne décrite dans la demande de brevet européen EP-A-0 252 779 précitée.To do this, the antenna according to the invention retains most of the characteristics of the structure adopted for flat antennas according to the prior art, advantageously those of the antenna described in European patent application EP-A-0 252 779 cited above.

Cette dernière antenne, dans une variante de réalisation autorisant une double polarisation, comprend des éléments rayonnants à fente. Pour ce faire, on prévoit un empilement constitué de trois plaques de masse métalliques munies d'évidements et une paire de microrubans suspendus, en circuit imprimé. Ces microrubans sont interposés entre les plaques de masse, un pour la polarisation verticale, l'autre pour la polarisation horizontale.The latter antenna, in an alternative embodiment allowing double polarization, comprises slot radiating elements. To do this, a stack is provided consisting of three metal ground plates provided with recesses and a pair of suspended microstrips, in printed circuit. These microstrips are interposed between the ground plates, one for vertical polarization, the other for horizontal polarization.

Comme il le sera décrit ci-après, de façon plus détaillée, pour atteindre le but que se fixe l'invention, il suffit d'ajouter à cette structure de base une paire de circuits d'alimentation, l'un disposé sur le dessus du sandwich que constituent les trois plaques précitées, l'autre au-dessous.As will be described below, in more detail, to achieve the goal set by the invention, it suffices to add to this basic structure a pair of supply circuits, one arranged on top of the sandwich made up of the three aforementioned plates, the other below.

Dans une variante préférée de l'invention, chaque paire de microrubans, ou plus généralement de lignes de transmission, a la capacité de double polarisation.In a preferred variant of the invention, each pair of microstrips, or more generally of transmission lines, has the capacity of double polarization.

Par ces dispositions, l'antenne selon l'invention a une capacité de réception et/ou transmission en double polarisation et en double faisceau, ce qui lui permet de recevoir et/ou émettre, de et/ou vers deux directions différentes, un signal électromagnétique ayant deux polarisations différentes.By these provisions, the antenna according to the invention has a reception and / or transmission capacity in double polarization and in double beam, which enables it to receive and / or transmit, from and / or to two different directions, a signal electromagnetic having two different polarizations.

L'invention a donc pour objet une antenne réseau plane hyperfréquence comprenant une pluralité d'éléments rayonnants à fente, disposés dans l'espace selon une configuration déterminée, l'antenne étant constituée d'un empilement multiplaque comprenant des première, deuxième et troisième plaques de masse, sensiblement parallèles entre elles, munies chacune d'évidements de forme déterminée et alignés par paires suivant un axe orthogonal aux plans formés par les trois plaques, et des premiers et deuxièmes circuits d'excitation indépendants, disposés dans des premier et deuxième plans, le premier plan étant situé entre les première et deuxième plaques de masse et le deuxième plan étant situé entre les deuxième et troisième plaques de masse, ces circuits d'excitation étant constitués de lignes suspendues de transmmission de signaux, coopérant avec les évidements par couplage électromagnétique pour former lesdits éléments rayonnants, les circuits d'excitation étant agencés de manière à ce que l'antenne émette et/ou reçoive des premier et second faisceaux d'ondes électromagnétiques, vers et/ou de deux directions inclinées l'une par rapport à l'autre, caractérisée en ce que ledit empilement comprend au moins des troisièmes et quatrièmes circuits d'excitation indépendants, disposés dans des troisième et quatrième plans, en ce que ces ces circuits d'excitation sont constitués de lignes suspendues de transmmission de signaux et en ce qu'ils sont agencés de manière à co-opérer avec lesdits évidements et les premiers et deuxièmes circuits d'excitation, par couplage électromagnétique, de manière à obtenir une double polarisation pour chacun desdits premier et second faisceaux d'ondes électromagnétiques.The subject of the invention is therefore a planar microwave antenna comprising a plurality of slotted radiating elements, arranged in space according to a determined configuration, the antenna consisting of a multilayer stack comprising first, second and third plates. mass, substantially parallel to each other, each provided with shaped recesses determined and aligned in pairs along an axis orthogonal to the planes formed by the three plates, and first and second independent excitation circuits, arranged in first and second planes, the first plane being located between the first and second ground plates and the second plane being located between the second and third ground plates, these excitation circuits being made up of suspended lines of signal transmission, cooperating with the recesses by electromagnetic coupling to form said radiating elements, the excitation circuits being arranged so that the antenna emits and / or receives first and second beams of electromagnetic waves, towards and / or from two directions inclined with respect to each other, characterized in that said stack comprises at least third and fourth independent excitation circuits, arranged in third and fourth planes, in c e that these excitation circuits consist of suspended lines for transmitting signals and in that they are arranged so as to co-operate with said recesses and the first and second excitation circuits, by electromagnetic coupling, so obtaining a double polarization for each of said first and second beams of electromagnetic waves.

L'invention a encore pour objet l'application d'une telle antenne à la réception directe de satellites de télévision géostationnaires placés sur des positions orbitales différentes.The invention also relates to the application of such an antenna to the direct reception of geostationary television satellites placed on different orbital positions.

L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui suit en référence aux figures annexées, et parmi lesquelles :

  • La figure 1 illustre schématiquement, en coupe, une antenne selon l'art connu, conforme à celle décrite à la figure 6 la demande de brevet européen EP-A-0 252 779 ;
  • La figure 2 représente en vue éclatée en coupe d'un des éléments rayonnants d'une telle antenne ;
  • La figure 3 illustre un exemple de lignes d'alimentation en circuit imprimé pour une telle antenne ;
  • La figure 4 illustre schématiquement, en coupe, un premier mode de réalisation d'une antenne selon l'invention ;
  • La figure 5 est une figure de détail illustrant dans l'espace, en écorché partiel, un exemple de réalisation d'une ligne microruban utilisable pour l'antenne selon la figure 4 ;
  • La figure 6 illustre schématiquement, en coupe, un deuxième mode de réalisation d'une antenne selon l'invention ;
  • La figure 7 illustre schématiquement, en coupe, un troisième mode de réalisation d'une antenne selon l'invention ;
  • Les figures 8 à 10 illustrent, en coupe, trois modes de réalisation d'organes d'espacement entre plaques ;
  • Les figures 11 à 15 illustrent, dans l'espace, en écorché partiel, cinq exemples de réalisation de lignes de transmission et d'éléments rayonnants utilisables pour l'antenne selon l'invention ;
  • La figure 16 illustre schématiquement, en vue éclatée, un exemple de réalisation complet d'antenne selon l'invention ;
The invention will be better understood and other characteristics and advantages will appear on reading the description which follows with reference to the appended figures, and among which:
  • Figure 1 schematically illustrates, in section, an antenna according to the prior art, in accordance with that described in Figure 6, European patent application EP-A-0 252 779;
  • Figure 2 shows an exploded sectional view of one of the radiating elements of such an antenna;
  • FIG. 3 illustrates an example of supply lines in printed circuit for such an antenna;
  • FIG. 4 schematically illustrates, in section, a first embodiment of an antenna according to the invention;
  • Figure 5 is a detail figure illustrating in space, partially cut away, an embodiment of a microstrip line usable for the antenna according to Figure 4;
  • FIG. 6 schematically illustrates, in section, a second embodiment of an antenna according to the invention;
  • FIG. 7 schematically illustrates, in section, a third embodiment of an antenna according to the invention;
  • Figures 8 to 10 illustrate, in section, three embodiments of spacers between plates;
  • FIGS. 11 to 15 illustrate, in space, partially cut away, five exemplary embodiments of transmission lines and radiating elements usable for the antenna according to the invention;
  • FIG. 16 schematically illustrates, in exploded view, a complete embodiment of the antenna according to the invention;

Comme il a été indiqué, de nombreuses structures d'antennes planes ont été proposées, notamment celle décrite dans la demande de brevet européen EP-A-0 252 779 précitée. Pour fixer les idées, bien que des variantes puissent être apportées à cette dernière structure, un exemple d'antenne conforme à l'invention va maintenant être décrite par référence à celle-ci. Il doit cependant être bien entendu que ceci ne saurait limiter en quoique ce soit la portée de l'invention.As indicated, numerous planar antenna structures have been proposed, in particular that described in the above-mentioned European patent application EP-A-0 252 779. To fix the ideas, although variants may be made to this latter structure, an example of antenna in accordance with the invention will now be described with reference to the latter. It should however be clearly understood that this cannot in any way limit the scope of the invention.

On se placera, de même, dans le cadre de l'application préférée de l'invention, c'est-à-dire la réception de deux satellites de télévision à diffusion directe placés sur des positions orbitales différentes. Il s'ensuit que l'antenne reçoit les deux faisceaux émis sous des angles de réceptions également différents.We will also place ourselves in the context of the preferred application of the invention, that is to say the reception of two direct broadcast television satellites placed on different orbital positions. It follows that the antenna receives the two beams emitted under equally different reception angles.

On va tout d'abord rappeler brièvement les caractéristiques principales de la structure de base d'une telle antenne, par référence aux figures 1 et 2. La figure 1 représente schématiquement l'antenne plane At en coupe. La figure 2 illustre, en écorché, un détail de cette antenne relatif à un des éléments rayonnants Eri ; i étant un indice quelconque compris entre 1 et le nombre total d'éléments rayonnants. On doit en effet bien comprendre que ce type d'antenne comporte de nombreux éléments rayonnants Eri, répartis, par exemple, selon les lignes et les colonnes d'une configuration matricielle, de manière à former un réseau.We will first briefly recall the main characteristics of the basic structure of such an antenna, with reference to Figures 1 and 2. Figure 1 schematically shows the planar antenna At in section. Figure 2 illustrates, in cutaway, a detail of this antenna relating to one of the radiating elements Er i ; i being any index between 1 and the total number of radiating elements. It should indeed be understood that this type of antenna has many radiating elements Er i , distributed, for example, along the rows and columns of a matrix configuration, so as to form an array.

Fondamentalement, l'antenne représentée sur ces figures 1 et 2 est du type à ligne à microrubans suspendus, constitués par des conducteurs centraux 140 portés par une feuille support diélectrique 14. Celle-ci est suspendue entre deux plaques métalliques, supérieure et inférieure, 12 et 11, respectivement. Les plaques sont chacune munies d'évidements (circulaires dans l'exemple décrit), 120 et 110, respectivement, alignés par paires au niveau des terminaisons saillantes des conducteurs centraux 140 formant microrubans.Basically, the antenna shown in these FIGS. 1 and 2 is of the line type with suspended microstrips, constituted by central conductors 140 carried by a dielectric support sheet 14. This is suspended between two metal plates, upper and lower, 12 and 11, respectively. The plates are each provided with recesses (circular in the example described), 120 and 110, respectively, aligned in pairs at the projecting terminations of the central conductors 140 forming microstrips.

En réalité, la variante d'antenne à réseau plane At, illustrée sur les figures 1 et 2, est plus complexe, car elle autorise une double polarisation ou un double faisceau.In reality, the variant of planar array antenna At, illustrated in FIGS. 1 and 2, is more complex, because it allows a double polarization or a double beam.

Pour ce faire, deux plaques supplémentaires, 10 et 13, sont prévues.To do this, two additional plates, 10 and 13, are provided.

La plaque 13 est une feuille en matériau diélectrique et supporte des conducteurs allongés 130 formant microrubans et semblables aux conducteurs 140. Ils sont cependant disposés suivant deux directions orthogonales entre elles.The plate 13 is a sheet of dielectric material and supports elongated conductors 130 forming microstrips and similar to the conductors 140. They are however arranged in two directions orthogonal to each other.

La plaque 10 est une plaque métallique et supporte des évidements 100, alignés sur les évidements 110 et 120.The plate 10 is a metal plate and supports recesses 100, aligned with the recesses 110 and 120.

De façon plus précise, pour chaque élément rayonnant Eri du réseau de l'antenne At, deux lignes indépendantes d'alimentation en énergie (non représentées) sont disposées sur deux plans distincts, par exemple les plans des feuilles de diélectriques 13 et 14. Les microrubans 130 et 140 constituent les terminaisons actives de ces lignes d'alimentation.More precisely, for each radiating element Er i of the network of the antenna At, two independent power supply lines (not shown) are arranged on two separate planes, for example the planes of the dielectric sheets 13 and 14. The microstrips 130 and 140 constitute the active terminations of these supply lines.

La structure multiplaque de base de l'antenne réseau plane At est donc constituée de cinq plaques ou feuilles. Cette structure multiplaque de base est complétée par une plaque de fond métallique réfléchissante 15.The basic multi-plate structure of the planar array antenna At therefore consists of five plates or sheets. This basic multi-plate structure is completed by a reflective metallic bottom plate 15.

L'excitation en polarisation "verticale" est fournie, par exemple, par le circuit à microruban 140, et la polarisation "horizontale" est fournie, dans ce cas par le circuit à microruban 130. On peut naturellement inverser les fonctions.The excitation in "vertical" polarization is provided, for example, by the microstrip circuit 140, and the "horizontal" polarization is provided, in this case by the microstrip circuit 130. The functions can naturally be reversed.

On doit noter, que dans l'exemple décrit, la plaque de masse médiane 11 est utilisée par les deux circuits à microrubans 130 et 140.It should be noted that in the example described, the median mass plate 11 is used by the two microstrip circuits 130 and 140.

Le positionnement relatif des plans 10, 13, 11, 14 et 12 et 15, le dimensionnement des évidements 120 et 110 et la longueur des terminaisons saillantes des conducteurs centraux 130 et 140 sont déterminés de façon que les évidements 120 et 110 jouent le rôle de fentes rayonnantes couplées électromagnétiquement à la ligne d'alimentation, pour une bande de fréquence de fonctionnement relativement large.The relative positioning of planes 10, 13, 11, 14 and 12 and 15, the dimensioning of the recesses 120 and 110 and the length of the projecting terminations of the central conductors 130 and 140 are determined so that the recesses 120 and 110 play the role of radiant slots electromagnetically coupled to the power line, for a relatively wide operating frequency band.

Les évidements, 120 et 110, d'une même paire, ont leurs centres alignés sur un axe vertical (c'est-à-dire orthogonal aux plaques de la structure) et peuvent présenter des diamètres égaux. Toutefois, les diamètres des évidements d'une même paire peuvent être légèrement différents, ce qui a pour effet d'augmenter la largeur de bande.The recesses, 120 and 110, of the same pair, have their centers aligned on a vertical axis (that is to say orthogonal to the plates of the structure) and can have equal diameters. However, the diameters of the recesses of the same pair may be slightly different, which has the effect of increasing the bandwidth.

En effet, la fréquence de fonctionnement de chaque évidement dépend essentiellement de ses dimensions, et si deux évidements d'une même paire ont des fréquences centrales de fonctionnement légèrement différentes, la largeur de bande totale est augmentée. Le diamètre des évidements, 120 et 110, est de l'ordre de 0,3 à 0,7 longueur d'onde.Indeed, the operating frequency of each recess depends essentially on its dimensions, and if two recesses of the same pair have slightly different central operating frequencies, the total bandwidth is increased. The diameter of the recesses, 120 and 110, is of the order of 0.3 to 0.7 wavelength.

Avantageusement l'espacement entre deux éléments consécutifs, sur une ligne ou une colonne de la configuration matricielle précitée, est typiquement compris dans une gamme 0,7 à 0,9 longueur d'onde.Advantageously, the spacing between two consecutive elements, on a line or a column of the above-mentioned matrix configuration, is typically within a range 0.7 to 0.9 wavelength.

La plaque réfléchissante de fond 15 permet d'imposer à l'énergie rayonnée une direction déterminée. Elle se trouve à une distance de la structure multiplaque de l'antenne At de l'ordre du quart de la longueur d'onde. Cette distance est très importante, car elle donne la possibilité d'optimiser le fonctionnement conjointement aux dimensions de la ligne d'alimentation en énergie, 130 et 140, et des différents réseaux imprimés de microrubans.The bottom reflecting plate 15 makes it possible to impose a determined direction on the radiated energy. It is located at a distance from the multi-plate structure of the antenna At on the order of a quarter of the wavelength. This distance is very important, because it gives the possibility of optimizing the operation jointly with the dimensions of the power supply line, 130 and 140, and of the various printed networks of microstrips.

L'adaptation de chaque ligne d'excitation peut être obtenue en ajustant la longueur des terminaisons s'avançant en regard des évidements précités, 100, 110 et 120, et de la distance séparant la structure multiplaque de la plaque réfléchissante de fond 15. En conférant un déphasage de +90° et de -90° aux signaux véhiculés par les lignes d'excitation, on peut obtenir une polarisation circulaire, droite ou gauche, respectivement. Si un circuit hybride de -3 dB est utilisé pour combiner les signaux provenant des deux sorties de polarisation linéaire, on peut obtenir une double polarisation circulaire.The adaptation of each excitation line can be obtained by adjusting the length of the advancing terminations opposite the aforementioned recesses, 100, 110 and 120, and the distance separating the multi-plate structure from the bottom reflecting plate 15. In conferring a phase shift of + 90 ° and -90 ° to the signals conveyed by the excitation lines, one can obtain a circular polarization, right or left, respectively. If a -3 dB hybrid circuit is used to combine the signals from the two linear polarization outputs, double circular polarization can be obtained.

Pour obtenir deux faisceaux inclinés avec une telle antenne réseau, il suffit d'exciter les éléments rayonnants Eri par des signaux déphasés de façon approprié. Cela peut être obtenu simplement en modifiant les lignes d'alimentation en circuit imprimé illustrées par la figure 3, qui sont conformes à celles représentées sur la figure 16 de la demande de brevet européen précitée.To obtain two inclined beams with such an array antenna, it suffices to excite the radiating elements Er i by appropriately phase-shifted signals. This can be obtained simply by modifying the supply lines in printed circuit illustrated in FIG. 3, which conform to those represented in FIG. 16 of the aforementioned European patent application.

Pour fixer les idées, on a représenté sur la figure 3 la configuration des circuits d'excitation portés par le support diélectrique 14, référencée par rapport à deux axes orthonormés YX. Le circuit d'alimentation primaire Ca part d'une ligne unique entrant sur la plaque 14, parallèle à l'axe Y (dans l'exemple décrit) et qui se subdivise régulièrement en une arborescence constituée d'une série de lignes parallèles aux axes Y et X. Les terminaisons ultimes de cette arborescence alimentent les microrubans 140. On observe sur la figure 3 une grande symétrie de la topologie des circuits par rapport au centre C de la plaque 14 (première subdivision). En outre, toutes les lignes constituant les circuits d'alimentation passent entre les fentes des éléments rayonnants Eri et dessinent des "H" imbriqués, reliés les uns aux autres, orientés alternativement suivant les deux axes X et Y, et dont les dimensions décroissent régulièrement.To fix the ideas, FIG. 3 shows the configuration of the excitation circuits carried by the dielectric support 14, referenced with respect to two orthonormal axes YX. The primary supply circuit Ca starts from a single line entering the plate 14, parallel to the axis Y (in the example described) and which is regularly subdivided into a tree structure consisting of a series of lines parallel to the axes Y and X. The ultimate endings of this tree structure feed the microstrips 140. In FIG. 3, a great symmetry of the topology of the circuits is observed with respect to the center C of the plate 14 (first subdivision). In addition, all the lines constituting the supply circuits pass between the slots of the radiating elements Er i and draw nested "H" s, connected to each other, oriented alternately along the two axes X and Y, and the dimensions of which decrease regularly.

Donc, pour transformer une antenne à polarisation double en une antenne à faisceau double, pour la réception ou la transmission de deux faisceaux inclinés l'un par rapport à l'autre, il suffit de déterminer la configuration des lignes d'alimentation pour transmettre aux éléments rayonnants Eri des signaux convenablement déphasés. Ceci peut être obtenu en ajustant la longueur des lignes jusqu'aux éléments rayonnants Eri ou en décalant les seuils des diviseurs de puissances alimentant ces lignes, ou les deux comme décrit dans le livre précité, par référence plus particulière à la figure 14.9.So, to transform a dual polarization antenna into a dual beam antenna, for the reception or transmission of two beams inclined with respect to each other, it suffices to determine the configuration of the supply lines to transmit to the radiating elements Er i suitably phase-shifted signals. This can be obtained by adjusting the length of the lines to the radiating elements Er i or by shifting the thresholds of the power dividers supplying these lines, or both as described in the aforementioned book, with more specific reference to Figure 14.9.

La structure globale de l'antenne At reste inchangée, puisque les modifications sont apportées uniquement au réseau d'alimentation en circuits imprimés et n'affectent pas le reste des composants.The overall structure of the antenna At remains unchanged, since the modifications are made only to the printed circuit supply network and do not affect the rest of the components.

Cependant, comme il a été indiqué, ce type d'antenne ne permet qu'une polarisation double ou un faisceau double. Elle ne permet pas la double propriété, c'est-à-dire la polarisation double et le faisceau double (deux directions distinctes d'émission et/ou réception).However, as indicated, this type of antenna allows only a double polarization or a double beam. It does not allow double property, that is to say double polarization and the double beam (two distinct directions of emission and / or reception).

Tout au contraire, selon une des caractéristiques importantes, l'antenne selon l'invention présente, à la fois, la capacité de faisceau double et de polarisation double.On the contrary, according to one of the important characteristics, the antenna according to the invention has both the capacity of double beam and of double polarization.

Pour ce faire, selon un premier mode de réalisation illustré schématiquement par la figure 4, il suffit d'ajouter, à la structure multiplaque de base qui vient d'être décrite en regard des figures 1 et 2, deux circuits supplémentaires, 160 et 170. Ces circuits sont constitués, chacun, par des microrubans suspendus en circuits imprimés, pour la double polarisation d'un des deux faisceaux (le faisceau référencé arbitrairement N° 1). Ils sont placés, le premier, 170, sur une feuille en diélectrique 17, disposée au "sommet" du sandwich (en l'occurrence au dessus de la plaque supérieure 12) ; le second, 160, sur une feuille en diélectrique 16, disposée au dessous de la plaque inférieure 10.To do this, according to a first embodiment illustrated schematically in FIG. 4, it suffices to add, to the basic multi-plate structure which has just been described with reference to FIGS. 1 and 2, two additional circuits, 160 and 170 These circuits are each made up of microstrips suspended in printed circuits, for the double polarization of one of the two beams (the beam arbitrarily referenced No. 1). They are placed, the first, 170, on a dielectric sheet 17, placed at the "top" of the sandwich (in this case above the upper plate 12); the second, 160, on a dielectric sheet 16, placed below the bottom plate 10.

La fonctionnalité des circuits des différentes couches du sandwich formant la structure de base de l'antenne 1 est, par exemple, la suivante :

  • microrubans 170: polarisation horizontale du faisceau N° 1 ;
  • microrubans 140: polarisation horizontale du faisceau N° 2 ;
  • microrubans 130: polarisation verticale du faisceau N° 2 ;
  • microrubans 160: polarisation verticale du faisceau N° 1.
The functionality of the circuits of the different layers of the sandwich forming the basic structure of the antenna 1 is, for example, as follows:
  • microstrips 170: horizontal polarization of beam No. 1;
  • microstrips 140: horizontal polarization of beam No. 2;
  • microstrips 130: vertical polarization of beam No. 2;
  • microstrips 160: vertical polarization of beam No. 1.

D'autres combinaisons sont naturellement possibles.Other combinations are naturally possible.

Naturellement, les microrubans ci-dessus coopèrent avec les évidements, 100, 101 et 120, des plaques métalliques 10, 11 et 12 de manière à former des éléments rayonnants à fente Eri.Naturally, the above microstrips cooperate with the recesses, 100, 101 and 120, of the metal plates 10, 11 and 12 so as to form radiating elements with slot Er i .

Pour chaque élément rayonnant Eri, comme illustré de façon plus détaillée par la figure 5, les microrubans, 160 et 170, sont disposés (dans l'exemple décrit) sur leurs supports respectifs, 16 et 17, suivants deux directions orthogonales entre elles, D160 et D170, pour obtenir les polarisations croisées, c'est-à-dire horizontale et verticale.For each radiating element Er i , as illustrated in more detail in FIG. 5, the microstrips, 160 and 170, are arranged (in the example described) on their respective supports, 16 and 17, in two directions orthogonal to each other, D 160 and D 170 , to obtain crossed polarizations, that is to say horizontal and vertical.

On constate aisément que l'essentiel de la structure de l'antenne selon l'art connu est conservé. Seule l'adjonction des deux circuits, supérieurs 160 et inférieurs 170, est nécessaire. Le surcoût de cette adjonction, que ce soit en terme de matériel ou d'opérations supplémentaires de fabrication, est très réduit (quelques pour-cent).It is easy to see that most of the structure of the antenna according to the prior art is preserved. Only the addition of the two circuits, upper 160 and lower 170, is necessary. The additional cost of this addition, whether in terms of equipment or additional manufacturing operations, is very low (a few percent).

La plaque métallique médiane peut être omise en espaçant de façon appropriée les circuits qui l'entourent.The middle metal plate can be omitted by appropriately spacing the circuits surrounding it.

D'autres variantes de structures en sandwich peuvent être mises en oeuvre, comme représenté par les figures 6 et 7.Other variants of sandwich structures can be implemented, as shown in FIGS. 6 and 7.

La figure 6 illustre schématiquement, en coupe, une première variante. L'antenne plane, référencée ici 1' ,est constituée, comme précédemment, de trois plaques métalliques 10, 11 et 12, munies d'évidements, 100, 110 et 120, respectivement, pour former les éléments rayonnants à fente Eri. La répartition, dans les couches du sandwich, est également différente. Les circuits 160 sont placés au-dessus de la plaque 10 (supposée être la plaque inférieure du sandwich). Les circuits 130 et 140 sont situés de part et d'autre (en dessous et au-dessus, respectivement) de la plaque intermédiaire 11. Les circuits 170 sont localisés en dessous de la plaque 12.FIG. 6 schematically illustrates, in section, a first variant. The flat antenna, referenced here 1 ′, consists, as before, of three metal plates 10, 11 and 12, provided with recesses, 100, 110 and 120, respectively, to form the radiating elements with slot Er i . The distribution in the sandwich layers is also different. The circuits 160 are placed above the plate 10 (supposed to be the bottom plate of the sandwich). The circuits 130 and 140 are located on either side (below and above, respectively) of the intermediate plate 11. The circuits 170 are located below the plate 12.

Les microrubans, dans ce mode de réalisation, peuvent être remplacés par des guides d'onde coplanaires.The microstrips, in this embodiment, can be replaced by coplanar waveguides.

La fonctionnalité des différentes couches du sandwich 1' est la suivante :

  • microrubans ou guides d'onde coplanaires 170 : polarisation N°1, faisceau N° 1 ;
  • microrubans ou guides d'onde coplanaires 140 : polarisation N° 2, faisceau N° 1 ;
  • microrubans ou guides d'onde coplanaires 130 : polarisation N° 1, faisceau N° 2 ;
  • microrubans ou guides d'onde coplanaires 160 : polarisation N° 1, faisceau N° 1.
The functionality of the different layers of the sandwich 1 'is as follows:
  • microstrips or coplanar waveguides 170: polarization No. 1, beam No. 1;
  • microstrips or coplanar waveguides 140: polarization No. 2, beam No. 1;
  • microstrips or coplanar waveguides 130: polarization No. 1, beam No. 2;
  • microstrips or coplanar waveguides 160: polarization No. 1, beam No. 1.

Dans ce mode de réalisation le terme "polarisation N° 1" représente, soit la polarisation horizontale, soit la polarisation verticale, la "polarisation N° 2" représentant la polarisation duale. En effet, celle-ci dépend des directions relatives des microrubans 160, 130, 140 et 170.In this embodiment, the term "polarization No. 1" represents either the horizontal polarization or the vertical polarization, the "polarization No. 2" representing the dual polarization. Indeed, this depends on the relative directions of the microstrips 160, 130, 140 and 170.

Comme précédemment, d'autres combinaisons sont naturellement possibles.As before, other combinations are naturally possible.

La figure 7 illustre un autre exemple de structure multiplaque d'une antenne réseau plane, référencée ici 1".FIG. 7 illustrates another example of a multi-plate structure of a planar array antenna, referenced here 1 ".

Le sandwich formant l'antenne 1" est constitué de cinq plaques métalliques, 10a, 10, 11, 12 et 12a (10a étant la plaque inférieure du sandwich 1" sur la figure 7), comportant des évidements, 100a, 100, 110, 120 et 120a, respectivement, et de quatre feuilles en matériau diélectrique, 16, 13, 14 et 17, support de microrubans ou de guides d'onde coplanaires: 160, 130, 140 et 170, respectivement.The sandwich forming the 1 "antenna consists of five metal plates, 10a, 10, 11, 12 and 12a (10a being the bottom plate of the 1" sandwich in FIG. 7), comprising recesses, 100a, 100, 110, 120 and 120a, respectively, and four sheets of dielectric material, 16, 13, 14 and 17, support for microstrips or coplanar waveguides: 160, 130, 140 and 170, respectively.

La fonctionnalité des différentes couches de la structure multiplaque 1" est la suivante :

  • microrubans ou guides d'onde coplanaires 170: polarisation N°1, faisceau N° 1 ;
  • microrubans ou guides d'onde coplanaires 140: polarisation N° 2, faisceau N° 1 ;
  • microrubans ou guides d'onde coplanaires 130: polarisation N° 1, faisceau N° 2 ;
  • microrubans ou guides d'onde coplanaires 160: polarisation N° 1, faisceau N° 1.
The functionality of the different layers of the 1 "multi-ply structure is as follows:
  • microstrips or coplanar waveguides 170: polarization No. 1, beam No. 1;
  • microstrips or coplanar waveguides 140: polarization No. 2, beam No. 1;
  • microstrips or coplanar waveguides 130: polarization No. 1, beam No. 2;
  • microstrips or coplanar waveguides 160: polarization No. 1, beam No. 1.

Les significations "polarisation N° 1" et "polarisation N° 2" sont identiques à celles adoptées pour la variante illustrée par la figure 6.The meanings "polarization N ° 1" and "polarization N ° 2" are identical to those adopted for the variant illustrated in FIG. 6.

On va maintenant décrire des méthodes de réalisation pratiques d'antennes planes selon les différents modes de l'invention qui viennent d'être rappelés. Pour fixer les idées, on va considérer dans ce qui suit l'exemple du mode de réalisation selon les figures 4 et 5 (microrubans), étant bien entendu que les dispositions décrites ci-après peuvent s'appliquer aux autres modes de réalisation. De même, pour ne pas surcharger les dessins, seuls le plan 16, support des microrubans 160, le plan de masse 10 comprenant les évidements 100, et le plan 13, support des microrubans 130 ont été représentés. Les mêmes dispositions se répètent entre chaque paires de plan support - plan de masse.We will now describe practical methods of producing planar antennas according to the various modes of the invention which have just been recalled. To fix the ideas, we will consider in what follows the example of the embodiment according to FIGS. 4 and 5 (microstrips), it being understood that the arrangements described below can be applied to the other embodiments. Likewise, in order not to overload the drawings, only the plane 16, support for the microstrips 160, the ground plane 10 comprising the recesses 100, and the plane 13, support for the microstrips 130 have been shown. The same arrangements are repeated between each pair of support plane - ground plane.

Les figures 8 à 10 sont des figures de détail, en coupe, illustrant trois variantes de réalisation permettant l'espacement des plans, 16 ou 13, supports des microrubans 130 et 160, par rapport au plan de masse 10.FIGS. 8 to 10 are detail figures, in section, illustrating three alternative embodiments allowing the spacing of the planes, 16 or 13, supports of the microstrips 130 and 160, relative to the ground plane 10.

Selon une première variante, illustrée par la figure 8, l'espacement entre deux plans supports de circuits, par exemple les plans 160 et 130, est obtenu par des bossages, 101 et 102, réalisés dans le plan de masse métallique intermédiaire 10. De façon plus précise, ces bossages ont des alternances "positives" (vers le haut, sur la figure), 101, en contact avec le support 13, et des alternances "négatives" (vers le bas, sur la figure) en contact avec le support 16. Ces supports, 16 et 13, sont avantageusement constitués de films diélectriques (par exemple du Mylar ® ou du Kapton ®) sur lesquels sont gravés, en circuits imprimés, les microrubans 160 et 130, respectivement. L'épaisseur de ces films est typiquement de l'ordre de 25 à 75 µm.According to a first variant, illustrated in FIG. 8, the spacing between two circuit support planes, for example planes 160 and 130, is obtained by bosses, 101 and 102, produced in the intermediate metallic ground plane 10. More precisely, these bosses have "positive" alternations (upwards, in the figure), 101, in contact with the support 13, and "negative" alternations (down, in the figure) in contact with the support 16. These supports, 16 and 13, are advantageously made up of dielectric films (for example Mylar® or Kapton®) on which are engraved, in printed circuits, microstrips 160 and 130, respectively. The thickness of these films is typically of the order of 25 to 75 μm.

Pour l'application préférée de l'invention, c'est-à-dire la réception de deux satellites de télévision géostationnaires, la longueur d'onde étant dans la bande X (12,1 GHz), l'espacement entre deux plans supports est compris typiquement dans la gamme 0,5 à 2 mm. Dans la variante décrite en regard de la figure 8, les bossages ont donc une "amplitude" de 0,25 à 1 mm environ.For the preferred application of the invention, that is to say the reception of two geostationary television satellites, the wavelength being in the X band (12.1 GHz), the spacing between two support planes is typically in the range 0.5 to 2 mm. In the variant described with reference to FIG. 8, the bosses therefore have an "amplitude" of approximately 0.25 to 1 mm.

L'espacement peut également être assuré par des couches de mousse expansée diélectrique, d'épaisseur appropriée.The spacing can also be provided by layers of dielectric expanded foam, of appropriate thickness.

Selon la deuxième variante, illustrée par la figure 9, l'espacement est obtenu à l'aide d'entretoises, 18, disposées entre les plans 16 et 10, d'une part, et les plans 10 et 13, d'autre part. Divers matériaux peuvent être utilisés: plastique, mousse, métal, etc. De même, la fixation peut être obtenue de manière classique : vissage, collage, etc.According to the second variant, illustrated in FIG. 9, the spacing is obtained by means of spacers, 18, arranged between the planes 16 and 10, on the one hand, and the planes 10 and 13, on the other hand . Various materials can be used: plastic, foam, metal, etc. Likewise, the fixing can be obtained in a conventional manner: screwing, gluing, etc.

Les entretoises 18 peuvent être également utilisées comme suppresseurs de modes.The spacers 18 can also be used as mode suppressors.

Selon une troisième variante, illustrée par la figure 10, les supports 16 et 13 sont des plaques en matériau diélectrique de plus grande épaisseur et sont utilisées à la fois comme support et comme organe d'espacement. Dans cette variante, sur l'une ou l'autre des plaques, 16 ou 13, ou encore sur les deux plaques, on grave le circuit métallique de masse 10 comportant les évidements 100. En d'autres termes, au moins l'une des plaques, 16 ou 13, est un circuit imprimé double face.According to a third variant, illustrated in FIG. 10, the supports 16 and 13 are plates of dielectric material of greater thickness and are used both as a support and as a spacer. In this variant, on one or the other of the plates, 16 or 13, or also on the two plates, the metal ground circuit 10 comprising the recesses 100 is etched. In other words, at least one plates, 16 or 13, is a double-sided printed circuit.

De même, le type de lignes de transmission utilisé peut être, comme il a déjà été indiqué un microruban. Elle peut cependant être constituée par d'autres types classiques: ligne à fente, ligne co-planaire, ligne bifilaire, éléments rayonnants à boucle, en dipôle, en fente, ou toutes combinaisons de ces types de lignes.Likewise, the type of transmission lines used can be, as already indicated, a microstrip. However, it can be made up of other conventional types: slotted line, co-planar line, two-wire line, radiating elements with a loop, dipole, slit, or any combination of these types of lines.

Les figures 11 à 15 illustrent quelques uns de ces différents types de lignes.Figures 11 to 15 illustrate some of these different types of lines.

La figure 11 illustre un exemple de guides d'onde co-planaires, 16c et 13c, réalisées sur les supports 160 et 130, respectivement, et séparées par le plan de masse 10 muni des évidements 100.FIG. 11 illustrates an example of co-planar waveguides, 16c and 13c, produced on the supports 160 and 130, respectively, and separated by the ground plane 10 provided with the recesses 100.

Chaque ligne, dans l'exemple décrit, comprend un conducteur central allongé, 131c ou 161c, débouchant dans une zone évidée, 163c ou 133c, d'une plage métallique, 162c ou 132c, par exemple de forme carrée ou circulaire. Le conducteur central, 161c ou 131c, est entouré d'une zone métallique pleine: les conducteurs externes 162c ou 132c, entourant également la zone évidée, 163c ou 133c.Each line, in the example described, comprises an elongated central conductor, 131c or 161c, opening into a recessed area, 163c or 133c, of a metal area, 162c or 132c, for example of square or circular shape. The central conductor, 161c or 131c, is surrounded by a solid metal zone: the external conductors 162c or 132c, also surrounding the hollowed-out zone, 163c or 133c.

Le plan de masse 10 est constitué d'une plaque métallique comprenant des évidements 100 alignées sur les évidements 163c et 133c.The ground plane 10 consists of a metal plate comprising recesses 100 aligned with the recesses 163c and 133c.

Les supports de circuits imprimés, 16 et 13, peuvent être constitués, comme précédemment, par des films diélectriques, si on met en oeuvre des entretoises ou d'autres organes d'espacement (figures 8 ou 9), ou des plaques diélectriques plus épaisses (figure 10).The printed circuit supports, 16 and 13, may consist, as previously, of dielectric films, if spacers or other spacers are used (FIGS. 8 or 9), or thicker dielectric plates (figure 10).

La figure 12 illustre un exemple de lignes à fente, 16s et 13s, réalisées sur les supports 16 et 13, respectivement, et séparées par le plan de masse 10 muni d'évidements 100.FIG. 12 illustrates an example of slotted lines, 16s and 13s, produced on the supports 16 and 13, respectively, and separated by the ground plane 10 provided with recesses 100.

Chaque ligne à fente, dans l'exemple décrit, comprend une rainure centrale, 131s ou 161s, débouchant dans une zone évidée, 162s ou 132s, d'une plage métallique, 163s ou 133s, par exemple de forme carrée. Cette rainure centrale, 161s ou 131s, est entourée d'une zone métallique pleine, 162s ou 132s, entourant également l'évidement, 163s ou 133s.Each slotted line, in the example described, comprises a central groove, 131s or 161s, opening into a recessed area, 162s or 132s, of a metal pad, 163s or 133s, for example of square shape. This central groove, 161s or 131s, is surrounded by a solid metal zone, 162s or 132s, also surrounding the recess, 163s or 133s.

Le plan de masse 10 et les supports, 16 et 13, conservent la même structure que précédemment.The ground plane 10 and the supports, 16 and 13, retain the same structure as above.

La figure 13 illustre un exemple de lignes bifilaires avec un élément dipôle, 16d et 13d, réalisées sur les supports 16 et 13, respectivement, et séparées par le plan de masse 10 muni d'évidements 100.FIG. 13 illustrates an example of two-wire lines with a dipole element, 16d and 13d, produced on the supports 16 and 13, respectively, and separated by the ground plane 10 provided with recesses 100.

Chaque ligne, dans l'exemple décrit, comprend tout d'abord deux rubans parallèles, 161d1 - 161d2 et 131d1 - 131d2, respectivement. Ces deux rubans parallèles se prolongent, dans une zone située en dessous (pour la ligne 16d) ou au-dessus (pour la ligne 13d) de l'évidement 100, par deux branches, 162d1 - 162d2 et 132d1 - 132d2, respectivement, formant un angle de 90° avec les microrubans précités.Each line, in the example described, firstly comprises two parallel ribbons, 161d1 - 161d2 and 131d1 - 131d2, respectively. These two parallel ribbons extend, in a zone situated below (for line 16d) or above (for line 13d) of the recess 100, by two branches, 162d1 - 162d2 and 132d1 - 132d2, respectively, forming an angle of 90 ° with the aforementioned microstrips.

Le plan de masse 10 et les supports, 16 et 13, conservent la même structure que précédemment.The ground plane 10 and the supports, 16 and 13, retain the same structure as above.

La figure 14 illustre un exemple de lignes bifilaires avec un élément en boucle, 16b et 13b, réalisées sur les supports 16 et 13, respectivement, et séparées par le plan de masse 10 muni d'évidements 100.FIG. 14 illustrates an example of two-wire lines with a loop element, 16b and 13b, produced on the supports 16 and 13, respectively, and separated by the ground plane 10 provided with recesses 100.

Chaque ligne, dans l'exemple décrit, comprend tout d'abord deux rubans parallèles, 161b1 - 161b2 et 131b1 - 131b2, respectivement. Ces deux rubans parallèles se prolongent, dans une zone située en dessous (pour la ligne 16d) ou au-dessus (pour la ligne 13d) de l'évidement 100, par une boucle, 163b et 133b, respectivement. De façon plus précise, cette boucle, 163b et 133b, respectivement, a la même forme que l'évidement 100, de façon à être aligné avec lui.Each line, in the example described, firstly comprises two parallel ribbons, 161b1 - 161b2 and 131b1 - 131b2, respectively. These two parallel ribbons extend, in an area located below (for line 16d) or above (for line 13d) of the recess 100, by a loop, 163b and 133b, respectively. More specifically, this loop, 163b and 133b, respectively, has the same shape as the recess 100, so as to be aligned with it.

La figure 15 illustre un autre exemple de configuration de ligne à microruban suspendu. La structure générale est semblable à celle illustrée par la figure 5.Figure 15 illustrates another example of a suspended microstrip line configuration. The general structure is similar to that illustrated in Figure 5.

La seule exception notable consiste en ce que les microrubans, 16m et 13m, respectivement, comprennent deux parties: une partie microruban proprement dite, 161m et 131m, respectivement, qui se termine par une plage métallique centrale pleine, 162m et 132m, respectivement. De façon plus précise, cette plage métallique centrale pleine, 162m et 132m, présente sensiblement la même forme que l'évidement 100, de façon à être aligné avec lui.The only notable exception is that the microstrips, 16m and 13m, respectively, have two parts: a microstrip part proper, 161m and 131m, respectively, which ends in a solid central metal area, 162m and 132m, respectively. More precisely, this solid central metal area, 162m and 132m, has substantially the same shape as the recess 100, so as to be aligned with it.

Les plages métalliques centrales pleines (par exemple les plages 162m ou 132m sur la figure 15), ainsi que les évidements 100 peuvent avoir des formes diverses: carrée, circulaire, elliptique, cruciforme, annulaire, etc.The solid central metal areas (for example the 162 m or 132 m areas in FIG. 15), as well as the recesses 100 may have various shapes: square, circular, elliptical, cruciform, annular, etc.

En outre, comme il a été indiqué, dans des modes de réalisations plus complexes, non illustrés, on peut combiner ces différentes structures de lignes.In addition, as indicated, in more complex embodiments, not illustrated, these different line structures can be combined.

Diverses mesures connues dans le domaine de la réception et/ou de l'émission d'onde de la gamme de fréquence précitée peuvent être mise en oeuvre dans le cadre de l'invention: utilisation de "baluns", élimination de modes parasites par continuités de masses ("pins") réalisés entre plans de masse, etc.Various known measures in the field of reception and / or of the wave emission of the aforementioned frequency range can be implemented within the framework of the invention: use of "baluns", elimination of parasitic modes by continuities of masses ("pins") made between mass planes, etc.

De façon pratique, la structure de l'antenne complète peut être conforme à celle enseignée par la demande de brevet européen EP-A-0 252 779 précitée. En effet, l'antenne complète comprend deux parties principales : un empilement multiplaque et un plan de masse externe 15 formant réflecteur.In practice, the structure of the complete antenna can be in accordance with that taught by the above-mentioned European patent application EP-A-0 252 779. Indeed, the complete antenna comprises two main parts: a multilayer stack and an external ground plane 15 forming a reflector.

La figure 16 illustre schématiquement un exemple de réalisation d'antenne réseau plane complète. Pour fixer les idées, on a considéré la structure d'antenne 1' dans la variante illustrée par la figure 6.FIG. 16 schematically illustrates an exemplary embodiment of a complete planar array antenna. To fix the ideas, we considered the antenna structure 1 ′ in the variant illustrated in FIG. 6.

L'empilement multiplaque constitue une première partie de l'antenne, référencée A sur la figure 16.The multi-plate stack constitutes a first part of the antenna, referenced A in FIG. 16.

Selon cette variante de réalisation, la plaque supérieure de l'empilement est un plan de masse 12 muni d'évidements 120. Les plans inférieurs comprennent successivement, en partant du haut, deux plans, 17 et 14, de circuits d'excitation (figure 6 : 170 et 140), un plan de masse médian 11 à évidements (figure 6 : 110), de nouveau, deux plans, 13 et 16, de circuits d'excitation (figure 6 : 130 et 160), et un un plan de masse inférieur 10 à évidements (figure 6 :100).According to this alternative embodiment, the upper plate of the stack is a ground plane 12 provided with recesses 120. The lower planes successively comprise, starting from the top, two planes, 17 and 14, of excitation circuits (FIG. 6: 170 and 140), a median ground plane 11 with recesses (FIG. 6: 110), again, two planes, 13 and 16, of excitation circuits (FIG. 6: 130 and 160), and one plane mass less than 10 with recesses (Figure 6: 100).

Les circuits d'excitation constituent les terminaisons actives de circuits d'alimentation en énergie Ca (pour une antenne émettrice) ou de transmission de signaux (pour une antenne réceptrice), représenté en pointillés sur la figure 16.The excitation circuits constitute the active terminations of circuits for supplying Ca energy (for a transmitting antenna) or for transmitting signals (for a receiving antenna), shown in dotted lines in FIG. 16.

Les évidements (par exemple 120, pour la plaque 12) sont disposés régulièrement aux intersections des lignes et colonnes d'une matrice rectangulaire.The recesses (for example 120, for the plate 12) are arranged regularly at the intersections of the rows and columns of a rectangular matrix.

On a supposé que, dans l'exemple illustré, les différentes plaques étaient espacées à l'aide d'entretoises 18.It has been assumed that, in the example illustrated, the different plates were spaced apart using spacers 18.

La seconde partie de l'antenne 1', référencée B sur la figure 16, est constitué d'un boîtier métallique 19, dont le fond sert de masse externe et joue le rôle de la plaque réflectrice 15. L'espace compris entre le premier support de circuits ou le premier plan de masse à évidement, selon les modes de réalisation (par exemple la plaque de masse 10 dans l'exemple décrit), peut être remplis avantageusement par de la mousse. De même, les plaques peuvent être espacées par des couches de mousse.The second part of the antenna 1 ′, referenced B in FIG. 16, consists of a metal housing 19, the bottom of which serves as an external mass and plays the role of the reflective plate 15. The space between the first circuit support or the first ground plane with recess, according to the embodiments (for example the ground plate 10 in the example described), can advantageously be filled with foam. Likewise, the plates can be spaced apart by layers of foam.

L'ensemble peut naturellement, et de façon connue, être complété par une enveloppe de protection (non représentée) perméable aux ondes, par exemple en matériau plastique.The assembly can naturally, and in a known manner, be completed by a protective envelope (not shown) permeable to waves, for example of plastic material.

La structure 19 forme un boîtier, avec son fond et ses bords latéraux repliés, 150 et 151. On peut également (dans une variante de réalisation non représentée) utiliser des cavités derrière chaque élément rayonnant ou groupe d'éléments rayonnants (par exemple des colonnes). Cette variante de réalisation, en soi, est décrite dans la demande de brevet européen précitée. Cette structure en cavité permet généralement une plus grande inclinaison des deux ondes émises et/ou reçues, l'une par rapport à l'autre.The structure 19 forms a box, with its bottom and its folded side edges, 150 and 151. It is also possible (in a variant embodiment not shown) to use cavities behind each radiating element or group of radiating elements (for example columns ). This variant embodiment, in itself, is described in the aforementioned European patent application. This cavity structure generally allows a greater inclination of the two waves transmitted and / or received, one with respect to the other.

L'invention permet enfin des combinaisons multiples de polarisation de faisceaux: par exemple une polarisation linéaire double de faisceau, plus deux polarisations croisées de faisceaux.Finally, the invention allows multiple combinations of beam polarization: for example a double linear beam polarization, plus two crossed beam polarizations.

A la lecture de ce qui précède, on constate aisément que l'invention atteint bien les buts qu'elle s'est fixés. On obtient notamment, sans augmentation significative de la complexité des circuits une antenne susceptible d'émettre et/ou de recevoir selon deux directions et selon deux polarisations, avec un bon rendement et une bande passante combinée suffisante. Le surcoût reste également très limité. Il s'ensuit que l'antenne selon l'enseignement de l'invention est parfaitement utilisable pour des applications grand public, notamment dans l'application préférée, c'est-à-dire la réception de deux satellites géostationnaires de diffusion de programmes de télévision.On reading the above, it is easy to see that the invention achieves the goals it has set for itself. One obtains in particular, without significantly increasing the complexity of the circuits, an antenna capable of transmitting and / or receive in two directions and in two polarizations, with good efficiency and sufficient combined bandwidth. The additional cost is also very limited. It follows that the antenna according to the teaching of the invention is perfectly usable for general public applications, in particular in the preferred application, that is to say the reception of two geostationary satellites for broadcasting programs of television.

On doit noter en particulier que les plans de masse, ainsi que le boîtier, peuvent être réalisés simplement par emboutissage de tôle métallique, ce qui constitue une opération, à la fois peu complexe et peu coûteuse.It should be noted in particular that the ground planes, as well as the housing, can be produced simply by stamping metal sheet, which constitutes an operation, both not very complex and inexpensive.

Il doit cependant être clair que l'invention n'est pas limitée aux seuls exemples de réalisations précisément décrits, notamment en relation avec les figures 4 à 16.It should however be clear that the invention is not limited to only the examples of embodiments precisely described, in particular in relation to FIGS. 4 to 16.

Notamment, les différents matériaux ou les dimensions n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. L'antenne fait appel essentiellement à des technologies connues, per se, et couramment utilisées dans le domaine de l'émission et/ou la réception, notamment dans la gamme des fréquences de l'ordre de 12 GHz dans l'application préférée de réception de satellites géostationnaires. Il s'ensuit que les paramètres précités (dimensions, choix des matériaux) ne constituent qu'un simple choix technologique à la portée de l'homme de métier et qui dépendent essentiellement de l'application précise envisagée.In particular, the different materials or the dimensions have been given only by way of example. The antenna essentially uses known technologies, per se, and commonly used in the field of transmission and / or reception, in particular in the frequency range of the order of 12 GHz in the preferred reception application. geostationary satellites. It follows that the aforementioned parameters (dimensions, choice of materials) constitute only a simple technological choice within the reach of those skilled in the art and which essentially depend on the precise application envisaged.

Il doit être clair aussi que, bien que particulièrement adaptée à l'application précitée, on ne saurait cantonner l'invention à ce seul type d'application. Elle s'applique tout aussi bien à l'émission et/ou la réception d'ondes électromagnétiques de et/ou vers deux directions différentes, tout en autorisant, simultanément, une double polarisation.It should also be clear that, although particularly suitable for the aforementioned application, the invention cannot be confined to this single type of application. It applies equally well to the emission and / or reception of electromagnetic waves from and / or to two different directions, while allowing, simultaneously, a double polarization.

Claims (17)

Antenne réseau plane hyperfréquence comprenant une pluralité d'éléments rayonnants à fente (Eri), disposés dans l'espace selon une configuration déterminée, l'antenne (1) étant constituée d'un empilement multiplaque comprenant des première (12), deuxième (11) et troisième (10) plaques de masse, sensiblement parallèles entre elles, munies chacune d'évidements (120, 110, 100) de forme déterminée et alignés par paires suivant un axe orthogonal aux plans formés par les trois plaques (12, 11, 10), et des premiers (140) et deuxièmes (130) circuits d'excitation indépendants, disposés dans des premier et deuxième plans, le premier plan étant situé entre les première (12) et deuxième (11) plaques de masse et le deuxième plan étant situé entre les deuxième (11) et troisième (10) plaques de masse, ces circuits d'excitation (140, 130) étant constitués de lignes suspendues de transmmission de signaux, coopérant avec les évidements (120, 110, 100) par couplage électromagnétique pour former lesdits éléments rayonnants (Eri), les circuits d'excitation (140, 130) étant agencés de manière à ce que l'antenne (1) émette et/ou reçoive des premier et second faisceaux d'ondes électromagnétiques, vers et/ou de deux directions inclinées l'une par rapport à l'autre, caractérisée en ce que ledit empilement comprend au moins des troisièmes (170) et quatrièmes (160) circuits d'excitation indépendants, disposés dans des troisième et quatrième plans, en ce que ces circuits d'excitation (170, 160) sont constitués de lignes suspendues de transmmission de signaux et en ce qu'ils sont agencés de manière à coopérer avec lesdits évidements (120, 110, 100) et les premiers (140) et deuxièmes (130) circuits d'excitation, par couplage électromagnétique, de manière à obtenir une double polarisation pour chacun desdits premier et second faisceaux d'ondes électromagnétiques.Flat microwave network antenna comprising a plurality of radiant slotted elements (Er i ), arranged in space according to a predetermined configuration, the antenna (1) consisting of a multilayer stack comprising first (12), second ( 11) and third (10) ground plates, substantially parallel to each other, each provided with recesses (120, 110, 100) of determined shape and aligned in pairs along an axis orthogonal to the planes formed by the three plates (12, 11 , 10), and first (140) and second (130) independent excitation circuits, arranged in first and second planes, the first plan being located between the first (12) and second (11) ground plates and the second plane being located between the second (11) and third (10) ground plates, these excitation circuits (140, 130) being made up of suspended lines of signal transmission, cooperating with the recesses (120, 110, 100) by coupling electromagnetic to form said radiating elements (Er i ), the excitation circuits (140, 130) being arranged so that the antenna (1) emits and / or receives first and second beams of electromagnetic waves, towards and / or two directions inclined with respect to one another, characterized in that said stack comprises at least third (170) and fourth (160) independent excitation circuits, arranged in third and fourth planes, in that these excitation circuits (170, 160) consist of suspended lines for transmitting signals and in that they are arranged so as to cooperate with said recesses (120, 110, 100) and the first ones (140) and second (130) excitation circuits, by electromagnetic coupling, so as to obtain a double polarization for each of said first and second beams of electromagnetic waves. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits troisième et quatrième plans contenant les troisièmes (170) et quatrièmes (160) circuits d'excitation sont situés, respectivement, en dessus et en dessous desdites première (12) et troisième (10) plaques de masse de l'empilement multiplaque.Antenna according to claim 1, characterized in that said third and fourth planes containing the third (170) and fourth (160) excitation circuits are located, respectively, above and below said first (12) and third (10) mass plates of the multilayer stack. Antenne selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des quatrième (12a) et cinquième (10a) plaques de masse, sensiblement parallèles entre elles et parallèles auxdites première (12), deuxième (11) et troisième (10) plaques de masse, munies chacune d'évidements (120a, 100a) de forme déterminée, en ce que les évidements (120a, 120, 110, 100, 100a) de toutes les plaques de masse (12a, 12, 11, 10, 10a) sont alignés par paires suivant un axe orthogonal aux plans formés par ces plaques, et en ce que lesdites quatrièmes (12a) et cinquième (10a) plaques de masse sont disposées, respectivement, au-dessus desdits troisièmes circuits d'excitation (170) et en dessous desdits quatrièmes circuits d'excitation (160).Antenna according to claim 2, characterized in that it further comprises fourth (12a) and fifth (10a) ground plates, substantially parallel to each other and parallel to said first (12), second (11) and third (10) ground plates, each provided with recesses (120a, 100a) of determined shape, in that the recesses (120a, 120, 110, 100, 100a) of all the ground plates (12a, 12, 11, 10, 10a ) are aligned in pairs along an axis orthogonal to the planes formed by these plates, and in that said fourth (12a) and fifth (10a) ground plates are disposed, respectively, above said third excitation circuits (170) and below said fourth excitation circuits (160). Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit troisième plan contenant les troisièmes circuits d'excitation (170) est situé entre ladite première plaque de masse (12) et lesdits premiers circuits d'excitation (140) et en ce que ledit quatrième plan contenant les quatrièmes circuits d'excitation (160) est situé entre ladite troisième plaque de masse (10) et lesdits deuxièmes circuits d'excitation (130).Antenna according to claim 1, characterized in that said third plane containing the third excitation circuits (170) is located between said first ground plate (12) and said first excitation circuits (140) and in that said fourth plane containing the fourth excitation circuits (160) is located between said third ground plate (10) and said second excitation circuits (130). Antenne selon l'une quelconque des revendications précedentes, caractérisée en ce que lesdits circuits d'excitation (170, 140, 130, 160) sont supportés par des feuilles en matériau diélectrique (17, 14, 13, 16) et en ce qu'il est prévu des moyens d'espacement (101, 102, 18) disposés entre deux feuilles support succesives ou entre une feuille support et une plaque de masse.Antenna according to any one of the preceding claims, characterized in that said excitation circuits (170, 140, 130, 160) are supported by sheets of dielectric material (17, 14, 13, 16) and in that spacing means (101, 102, 18) are provided arranged between two successive support sheets or between a support sheet and a ground plate. Antenne selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdits moyens d'espacement sont constitués par des bossages (101, 102) réalisés réalisés par emboutissage desdites plaques de masse (10).Antenna according to claim 5, characterized in that said spacing means are constituted by bosses (101, 102) produced by stamping said ground plates (10). Antenne selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdits moyens d'espacement sont constitués par une couche de mousse diélectrique.Antenna according to claim 5, characterized in that said spacing means consist of a layer of dielectric foam. Antenne selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdits moyens d'espacement sont constitués d'entretoises (18).Antenna according to claim 5, characterized in that said spacing means consist of spacers (18). Antenne selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdits moyens d'espacement sont constitués par le matériau diélectrique desdites feuilles (13, 16) supportant les circuits d'excitation (130, 160), en ce que au moins une partie de ces feuilles constitue des circuits imprimés double face et en ce qu'au moins une partie desdites plaques de masse (10) est formée par un pellicule métallique comportant des évidements (100), supportée par au moins l'une des faces.Antenna according to claim 5, characterized in that said spacing means are constituted by the dielectric material of said sheets (13, 16) supporting the excitation circuits (130, 160), in that at least a part of these sheets constitutes double-sided printed circuits and in that at least a part of said ground plates (10) is formed by a metallic film comprising recesses (100), supported by at least one of the faces. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que lesdites lignes suspendues de transmmission de signaux sont constituées par des rubans (131m, 161m) se prolongeant par une plage métallique pleine (132m, 162m), de forme déterminée, alignée sur lesdits évidements (100), et en ce que deux rubans successifs sont disposés suivant des directions orthogonales entre elles.Antenna according to any one of claims 1 to 4, characterized in that said suspended signal transmission lines are constituted by ribbons (131m, 161m) extending by a solid metal area (132m, 162m), of determined shape, aligned with said recesses (100), and in that two successive ribbons are arranged in orthogonal directions therebetween. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que lesdites lignes suspendues de transmmission de signaux sont constituées par des guides d'onde co-planaires (13c, 16c), en ce que chaque guide d'onde co-planaire (13c, 16c) comprend un conducteur central allongé (131c, 161c) débouchant dans une zone évidée (163c ou 133c) d'une plage métallique (162c ou 132c), et en ce que les conducteurs centraux allongés (131c, 161c) de deux guides d'onde co-planaires successifs (13c, 16c) sont disposés suivant des directions orthogonales entre elles.Antenna according to any one of claims 1 to 4, characterized in that said suspended signal transmission lines are constituted by co-planar waveguides (13c, 16c), in that each co-planar waveguide (13c, 16c) comprises an elongated central conductor (131c, 161c) opening into a recessed area (163c or 133c) of a metal area (162c or 132c), and in that the elongated central conductors (131c, 161c) of two successive co-planar waveguides (13c, 16c) are arranged in directions orthogonal to each other. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que lesdites lignes suspendues de transmmission de signaux sont constituées par des lignes à fente (13s, 16s), en ce que chaque ligne à fente (13s, 16s) comprend une rainure centrale (131s, 161s) débouchant dans une zone évidée (163s ou 133s) d'une plage métallique (162c ou 132c), et en ce que les rainures centrales (131s, 161s) des lignes à fente (131s, 161s) de deux guides d'onde co-planaires successifs (13s, 16s) sont disposées suivant des directions orthogonales entre elles.Antenna according to any one of claims 1 to 4, characterized in that said suspended signal transmission lines are constituted by slotted lines (13s, 16s), in that each slotted line (13s, 16s) comprises a central groove (131s, 161s) opening into a recessed area (163s or 133s) of a metal area (162c or 132c), and in that the central grooves (131s, 161s) of the slotted lines (131s, 161s) of two successive co-planar waveguides (13s, 16s) are arranged in orthogonal directions therebetween. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que lesdites lignes suspendues de transmmission de signaux sont constituées par des lignes bifilaires avec un élément dipôle (13d, 16d), en ce que chaque ligne bifilaire avec un élément dipôle (13d, 16d) comprend deux rubans parallèles (161d1 - 161d2 et 131d1 - 131d2) se prolonge par deux branches (162d1 - 162d2 et 132d1 - 132d2) formant un angle de 90° avec les rubans (162d1 - 162d2 et 132d1 - 132d2) et en ce que les rubans parallèles (162d1 - 162d2 et 132d1 - 132d2) de deux lignes dipôle successives (13d, 16d) sont disposés suivant des directions orthogonales entre elles.Antenna according to any one of claims 1 to 4, characterized in that said suspended signal transmission lines are constituted by two-wire lines with a dipole element (13d, 16d), in that each two-wire line with a dipole element ( 13d, 16d) includes two parallel ribbons (161d1 - 161d2 and 131d1 - 131d2) is extended by two branches (162d1 - 162d2 and 132d1 - 132d2) forming an angle of 90 ° with the ribbons (162d1 - 162d2 and 132d1 - 132d2) and in that the parallel strips (162d1 - 162d2 and 132d1 - 132d2) of two successive dipole lines (13d, 16d) are arranged in orthogonal directions between them. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que lesdites lignes suspendues de transmmission de signaux sont constituées par des lignes bifilaires avec un élément en boucle (13b, 16b), en ce que chaque ligne bifilaire avec un élément en boucle (13b, 16b) comprend deux rubans parallèles (161b1 - 161b2, 131b1 - 131b2) prolongés par une boucle de forme déterminée (163b, 133b) et en ce que les rubans parallèles (161b1 - 161b2, 131b1 - 131b2) de deux lignes bifilaires successives avec un élément en boucle (13b, 16b) sont disposés suivant des directions orthogonales entre elles.Antenna according to any one of Claims 1 to 4, characterized in that the said suspended signal transmission lines are constituted by two-wire lines with a loop element (13b, 16b), in that each two-wire line with an element in loop (13b, 16b) comprises two parallel ribbons (161b1 - 161b2, 131b1 - 131b2) extended by a loop of determined shape (163b, 133b) and in that the parallel ribbons (161b1 - 161b2, 131b1 - 131b2) successive two-wire with a loop element (13b, 16b) are arranged in orthogonal directions therebetween. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'il est prévu en outre une plaque de masse externe supplémentaire (15) formant réflecteur et en ce que cette plaque de masse externe est située à une distance dudit empilement sensiblement égale au quart de la longueur d'onde des faisceaux émis et/ou reçus par l'antenne.Antenna according to any one of the preceding claims, characterized in that there is further provided an additional external ground plate (15) forming a reflector and in that this external ground plate is located at a distance from said stack substantially equal to quarter of the wavelength of the beams emitted and / or received by the antenna. Antenne selon la revendication 15, caractérisée en ce que ledit empilement (A) est disposé dans un boîtier métallique (19), dont le fond (15) constitue ledit réflecteur.Antenna according to claim 15, characterized in that said stack (A) is disposed in a metal case (19), the bottom (15) of which constitutes said reflector. Application d'une antenne (1, 1', 1") selon l'une quelconque des revendications précédentes à la réception individuelle de deux satellites de télévision géostationnaires placés sur des positions orbitales différentes.Application of an antenna (1, 1 ', 1 ") according to any one of the preceding claims to the individual reception of two geostationary television satellites placed on different orbital positions.
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