EP0897201A1 - Antenne cylindrique à éléments rayonnants glissants - Google Patents

Antenne cylindrique à éléments rayonnants glissants Download PDF

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EP0897201A1
EP0897201A1 EP98401817A EP98401817A EP0897201A1 EP 0897201 A1 EP0897201 A1 EP 0897201A1 EP 98401817 A EP98401817 A EP 98401817A EP 98401817 A EP98401817 A EP 98401817A EP 0897201 A1 EP0897201 A1 EP 0897201A1
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EP
European Patent Office
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radiating elements
antenna according
reflector
line
antenna
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98401817A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Christian Renard
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Thales SA
Original Assignee
Dassault Electronique SA
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/12—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave
    • H01Q19/17—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave the primary radiating source comprising two or more radiating elements
    • H01Q19/175—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave the primary radiating source comprising two or more radiating elements arrayed along the focal line of a cylindrical focusing surface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/12—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave
    • H01Q19/17—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are concave the primary radiating source comprising two or more radiating elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/12—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems
    • H01Q3/16—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems for varying relative position of primary active element and a reflecting device
    • H01Q3/18—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems for varying relative position of primary active element and a reflecting device wherein the primary active element is movable and the reflecting device is fixed
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/24—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the orientation by switching energy from one active radiating element to another, e.g. for beam switching
    • H01Q3/245—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the orientation by switching energy from one active radiating element to another, e.g. for beam switching in the focal plane of a focussing device
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    • H01Q3/24—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the orientation by switching energy from one active radiating element to another, e.g. for beam switching
    • H01Q3/247—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the orientation by switching energy from one active radiating element to another, e.g. for beam switching by switching different parts of a primary active element

Definitions

  • the invention relates to antennas in which a reflector cylindrical interacts with a line of radiating elements.
  • Such an antenna is usually used for transmission and / or reception of electromagnetic signals, such as in telecommunication systems with a satellite artificial. It also applies to speed cameras.
  • the invention applies in particular to an antenna of this last type.
  • Each element radiating is associated with a delay organ, as well as with a respective excitation path comprising both a bond electromagnetic and a delay control input.
  • the delays thus applied to excited radiating elements can then be chosen to obtain an antenna beam susceptible, by electronic scanning, to be diverted between two deflection limits.
  • a antenna of this type therefore requires a cylindrical reflector of sufficient length to cooperate with the radiating elements of the network. Indeed, the length of the reflector must, in principle, be greater than the defined beam width by the distance between the two radiating elements occupying extreme positions of the line, at which add a length, seen on the reflector, corresponding to the total amplitude of depointing between the two limits.
  • Such a reflector has an often incompatible volume with the desired arrangement for certain antennas.
  • a reduction in the size of the antennas on board civil or military aircraft or ships, is generally desired.
  • the object of the invention is in particular to overcome the drawback aforementioned by reducing the size of the reflectors of the technique anterior while obtaining characteristics similar radiant.
  • these means cause the position of the radiant elements excited along the line and on the side opposite to the deflection of the beam seen on the reflector, this which reduces the size of the characteristic reflector radiantly constant.
  • the source also includes an input for the electronic scanning control so as to control the deflection of the antenna beam.
  • said means and the scanning control electronics can then cooperate together to establish a correspondence between the position of the radiating elements excited and the beam deflection.
  • these means are capable of sliding the position of the radiating elements excited at least from a deviation threshold.
  • the position of the excited radiant elements can slide on a beach excursion substantially equivalent to half the amplitude of depointing between the two limits.
  • the reflector is then of substantially chosen length equivalent to the width of the antenna beam increased by said excursion beach.
  • the overall size of the antenna generally defined by the length of the reflector is, according to the invention, substantially equivalent to this length.
  • the source comprises radiant elements movable in translation along the line, with their associated excitation path. She understands also mechanical means for controlling the translation of these radiant elements.
  • the source comprises switching means for defining a sliding subset of active radiating elements, among all the elements radiant, while the correspondence between the tracks excitation and the radiant elements is changeable for accompany said sliding subset of radiating elements assets.
  • the configuration of the antenna according to the invention is that of a cylindrical reflector antenna combining the first two techniques described in the introduction.
  • FIG. 1A which is a top view in section of an antenna of this type, it comprises a cylindrical reflector 2 of parabolic section in the example described, and a linear array (or strip) 1 of N unitary elements adjacent S 1 , S 2 , ..., S N.
  • These N elements can, for example, be produced in the form of waveguide openings for the transmission and / or reception of radioelectric signals. They interact with the reflector 2 either by emitting a beam of electromagnetic waves towards the reflector, or by receiving a beam from the reflector.
  • the cylindro-parabolic reflector has a focal line, in principle a straight line D, formed by the focal points of the parabolas.
  • the elements of network 1 are arranged substantially on this focal axis D. So the interaction beam is practically parallel; the antenna operates "in the far field", that is to say that the image (in emission) is formed at infinity, or the object (in reception) is located at infinity.
  • network 1 in principle radiates a cylindrical wave. Because network 1 substantially coincides with the focal axis D, this wave is collimated by the reflector 2 in a practically plane wave.
  • the section parabolic reflector 2 allows to "pinch" the beam reflected around a plane P perpendicular to the wave front and containing the line D.
  • the arrangement of the elements radiant in a linear network still makes it possible to concentrate the beam in this plane P.
  • the right generator of the cylinder then acts as a flat mirror. Obtaining a beam narrow, therefore of a high gain, is thus linked to the height of the parabolic profile section on the one hand and to the length from network 1 on the other hand.
  • an electronic scanning system 3 is usually implemented. This involves installing N phase shifters O 1 , O 2 , ..., O N behind the unit radiating elements S 1 , S 2 , ..., S N in order to induce a variable delay on the signal emitted or received by each element of the network 1.
  • the variation of this phase shift as a function of the respective positions of the elements S 1 , S 2 , ..., S N on the network 1, is in principle linear to inflect the wave front and create a beam deflection.
  • Phase shifters of this type are known in particular by "Radiation characteristics of the EISCAT VHF parabolic reflector antenna" from PS. Kildal in IEEE Transactions on Antennas & Propagation (June 1984, p. 541-552). We can consider for example phase shifts along lines of programmable length, according to a frequency sweep, etc.
  • the dimensions of the antenna are chosen so as to obtain a certain level of gain.
  • the maximum directivity of the antenna is a first approximation defined by the formula D ⁇ 4 ⁇ L 1 . H / ⁇ 2 , where L 1 is the length of the network interacting with the reflector and H the height of the reflector.
  • the gain of the antenna corresponds to a fraction of this directivity value, taking into account for example the interaction weighting of the linear array, the concentration in the focusing plane P, etc.
  • the shape of the parabola substantially constant along the generatrix of the reflector, depends on the focal distance F chosen between the linear array 1 and the reflector 2.
  • F focal distance
  • the longitudinal dimension L 2 of the reflector 2 is determined as a first approximation by the angular range of deflection (or incidence) of the beam, so that the field focused on the grating 1 positioned on the focal line D intercepts reflector 2.
  • An object of the invention is to reduce the length of the reflector L 2 . It obviously appears that for a given maximum depointing ⁇ M and a given gain partly linked to L 1 , only the focal distance F can be reduced. But the reduction of the focal length can lead to a degradation of the radiation diagram (deformation, loss of gain, parasitic depointing). Thus, the length L 2 of the reflector is usually much greater than the length L 1 of the network.
  • the principle of the invention is then to create a shift in the positions of the radiating elements S 1 , S 2 , ..., S N of the network 1 in order to reduce the length L 2 of the reflector. This offset is made along the focal line D of the reflector 2.
  • N be the number of active radiating elements necessary to obtain the desired radioelectric characteristics (beam opening, gain, deflection range, etc.).
  • N is at least equal to L 1. (1 + sin) ⁇ M ⁇ ) / ⁇ , where ⁇ M is the maximum beam depointing angle and ⁇ the length of working wave.
  • mechanical means make it possible to physically move the network of N active elements along the focal line D. This movement takes place on the side opposite to the beam pointing direction, by a distance d. It appears then that the necessary dimension of the reflector to intercept the reflected beam of an angle maximum M maximum is no more than F.tan ( ⁇ M ) - d beyond the central zone of length L 1 , instead of the initial F.tan ( ⁇ M ). It is the same, symmetrically on the reflector, when the beam is depointed by - ⁇ M and the grating is moved mechanically in the other direction.
  • a minimum overall size of the antenna is found when, for a deflection of the beam over an angular range ⁇ ⁇ M , the linear array of length L 1 can be moved over ⁇ 1/2 F.tan ( ⁇ M )
  • This rack 5 is, in the example described, geared to a pinion 6 whose rotation is managed by a control module 4 as a function of the value of the deflection angle ⁇ , as shown in FIGS. 2a and 2b.
  • the mechanical movement along the focal line can be advantageously replaced by the use of K additional elements S N + 1 , ..., S N + K , fixed for the linear network.
  • N contiguous active radiating elements chosen from the N + K are used for a depointing of given beam, depending on the area to be intercepted on the reflector.
  • the active radiating elements chosen are the N upper elements S 1 , ..., S N positioned on the side opposite to the deflected beam, as shown in FIG. 3A.
  • the active elements are the N lower elements S K + 1 , ..., S N + K located on the other side, as shown in FIG. 3B.
  • the choice of the active elements is made from passive switching systems (electronic and / or electromechanical switches) C 1 , C 2 , ..., C N + K.
  • This switching can advantageously be managed by the electronic scanning control 3, at the same time as the phase shift between the elements.
  • the switching system makes the elements S i + N , S i + N + 1 , ..., S N + K of the lower part of the network inactive.
  • the switching system makes the elements S 1 , S 2 , ..., S pN of the upper part of the network inactive.
  • phase shifts and positions active elements are substantially linear in function respectively of the sine and the tangent of the angle ⁇ .
  • the electronic scan control 3 can then establish a correspondence between positions and phase shifts respective of the N active radiating elements of the network, from the beam deflection ⁇ .
  • each radiating element can attribute to each radiating element an active or inactive state depending on the phase shifts applied.
  • This principle makes it possible to establish a direct correspondence between the position of the active elements and the phase shifts associates, without having to consider the value of the deviation ⁇ .
  • switching ON / OFF of amplifier power supplies can be used for this effect, in the case of active antennas where each element radiant has its own amplifier.
  • the invention could be applied to a sectional cylindrical reflector antenna elliptical or hyperbolic depending on the needs of the application. It could, for example, apply to an antenna with Cassegrain reflector.
  • the scope of the invention is also not limited to a cylindrical reflector of constant section.
  • the reflector could be, for example, globally shaped conical. In this case, the offset of the position of the elements active takes place along a focal line which is no longer parallel to a generator of the cylinder.
  • the active elements can occupy variable positions, according to the invention, according to the deflection of the beam, and arranged on a arc.
  • the invention described above could be applied by example to telecommunication satellites, radars, but also to any other transmitting and / or receiving device electromagnetic signals.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

Une antenne électromagnétique comprend un réflecteur cylindrique (2) et une barrette (1) d'éléments rayonnants (S1 ..., SN) positionnés sensiblement parallèlement à une génératrice du cylindre. Ces éléments sont munis chacun d'un organe déphaseur/retardateur (O1, O2, ..., ON), et l'antenne comprend également une commande de balayage électronique (3) pour agir sur ces organes déphaseurs afin d'obtenir une déviation (θ) du faisceau d'antenne entre deux limites de dépointage (θM,-θM). Selon l'invention, l'antenne comporte en outre des moyens de décalage de la position des éléments rayonnants actifs le long de la grande dimension de la barrette (1), au moins lorsque la déviation (θ) dépasse un seuil du côté opposé à cette déviation, vue sur le réflecteur (2). On peut diminuer ainsi la taille du réflecteur (2), à caractéristiques rayonnantes sensiblement constantes. <IMAGE>

Description

L'invention concerne les antennes dans lesquelles un réflecteur cylindrique interagit avec une ligne d'éléments rayonnants.
Une telle antenne sert habituellement à l'émission et/ou à la réception de signaux électromagnétiques, comme par exemple dans les systèmes de télécommunication avec un satellite artificiel. Elle s'applique également aux radars.
Le gain d'antenne est un paramètre majeur pour de telles applications. Différents procédés permettent d'obtenir une antenne présentant un faisceau étroit, et par conséquent un gain élevé. Il existe par exemple :
  • des antennes constituées d'un élément rayonnant unitaire (ou source) interagissant avec un réflecteur, souvent parabolique.
  • des antennes comportant des éléments rayonnants unitaires agencés suivant un réseau plan. Pour orienter (ou "dépointer") le faisceau d'antenne vers une direction donnée, chaque élément rayonnant peut être équipé d'un organe déphaseur/retardateur. Habituellement, une commande de balayage électronique agit sur ces organes en fonction du dépointage souhaité. Tout en conservant des caractéristiques de rayonnement équivalentes à une antenne selon le principe précédent, ce procédé nécessite un plus grand nombre d'éléments rayonnants.
  • des antennes combinant les deux techniques précédentes, et comportant des éléments rayonnants agencés suivant un réseau linéaire. Ces éléments sont destinés à interagir en principe avec un réflecteur cylindrique, et une commande de balayage électronique permet généralement de pointer le faisceau vers une direction prédéterminée.
L'invention s'applique en particulier à une antenne de ce dernier type.
Elle comporte alors un réflecteur de forme générale sensiblement cylindrique, coopérant avec une source formée d'éléments rayonnants disposés sensiblement en ligne. Chaque élément rayonnant est associé à un organe à retard, ainsi qu'à une voie d'excitation respective comprenant à la fois une liaison électromagnétique et une entrée de commande de retard. Les retards ainsi appliqués aux éléments rayonnants excités peuvent être alors choisis pour obtenir un faisceau d'antenne susceptible, par balayage électronique, d'être dévié entre deux limites de dépointage.
La partie du réflecteur qui, d'une limite de dépointage à l'autre, est en interaction avec les éléments rayonnants, est généralement beaucoup plus longue que la ligne elle-même. Une antenne de ce type nécessite donc un réflecteur cylindrique de longueur suffisante pour coopérer avec les éléments rayonnants du réseau. En effet, la longueur du réflecteur doit, en principe, être supérieure à la largeur du faisceau définie par la distance séparant les deux éléments rayonnants occupant des positions extrêmes de la ligne, à laquelle s'ajoute une longueur, vue sur le réflecteur, correspondant à l'amplitude totale de dépointage entre les deux limites.
Or, un tel réflecteur présente un volume souvent incompatible avec l'agencement souhaité pour certaines antennes. En particulier, une réduction de l'encombrement des antennes embarquées dans des avions ou des navires civils ou militaires, est généralement souhaitée.
L'invention a notamment pour but de surmonter l'inconvénient précité en réduisant la taille des réflecteurs de la technique antérieure, tout en obtenant des caractéristiques rayonnantes similaires.
Elle propose à cet effet une antenne électromagnétique du type décrit précédemment, mais dont la source comporte des moyens pour faire glisser la position des éléments rayonnants excités le long de ladite ligne, en fonction de la déviation définie par la commande de balayage électronique.
Selon l'invention, ces moyens font glisser la position des éléments rayonnants excités le long de la ligne et du côté opposé à la déviation du faisceau vue sur le réflecteur, ce qui permet de diminuer la taille du réflecteur à caractéristiques rayonnantes sensiblement constantes.
De préférence, la source comprend également une entrée pour la commande de balayage électronique de manière à piloter la déviation du faisceau d'antenne.
Avantageusement, lesdits moyens et la commande de balayage électronique peuvent alors coopérer ensemble pour établir une correspondance entre la position des éléments rayonnants excités et la déviation du faisceau.
En principe, ces moyens sont aptes à faire glisser la position des éléments rayonnants excités au moins à partir d'un seuil de déviation.
En pratique, ils font glisser la position des éléments rayonnants excités sur une distance de la ligne sensiblement proportionnelle à la tangente de la déviation.
Selon une caractéristique de l'invention, la position des éléments rayonnants excités peut glisser sur une plage d'excursion sensiblement équivalente à la moitié de l'amplitude de dépointage entre les deux limites.
Le réflecteur est alors de longueur choisie sensiblement équivalente à la largeur du faisceau d'antenne augmentée de ladite plage d'excursion. Ainsi, l'encombrement global de l'antenne défini généralement par la longueur du réflecteur est, selon l'invention, équivalent à sensiblement cette longueur.
Selon un aspect de l'invention, la source comprend des éléments rayonnants mobiles en translation le long de la ligne, avec leur voie d'excitation associée. Elle comprend également des moyens mécaniques pour commander la translation de ces éléments rayonnants.
Selon un autre aspect de l'invention, la source comprend des moyens de commutation pour définir un sous-ensemble glissant d'éléments rayonnants actifs, parmi tous les éléments rayonnants, tandis que la correspondance entre les voies d'excitation et les éléments rayonnants est modifiable pour accompagner ledit sous-ensemble glissant d'éléments rayonnants actifs.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaítront à l'examen de la description détaillée ci-après et des dessins annexés sur lesquels :
  • les figures 1a et 1b, respectivement, représentent schématiquement un ensemble réseau-réflecteur de la technique antérieure, pour les deux limites de dépointage M et -M,
  • les figures 2a et 2b, respectivement, représentent schématiquement un ensemble réseau-réflecteur pour les limites de dépointage M et -M, selon un premier aspect de l'invention mettant en ouvre des moyens mécaniques pour déplacer les éléments rayonnants, et
  • les figures 3a et 3b, respectivement, représentent schématiquement un ensemble réseau-réflecteur pour les limites de dépointage M et -M, selon un autre aspect de l'invention mettant en ouvre des moyens électroniques et/ou électromécaniques pour faire glisser la position des éléments actifs.
Les dessins contiennent, pour l'essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la description, mais aussi contribuer à la définition de l'invention, le cas échéant.
La configuration de l'antenne selon l'invention est celle d'une antenne à réflecteur cylindrique combinant les deux premières techniques décrites en introduction. Comme le montre la figure lA qui est une vue de dessus en coupe d'une antenne de ce type, elle comporte un réflecteur cylindrique 2 de section parabolique dans l'exemple décrit, et un réseau linéaire (ou barrette) 1 de N éléments unitaires adjacents S1, S2, ..., SN. Ces N éléments peuvent, par exemple, être réalisés sous la forme d'ouvertures-guides d'onde pour l'émission et/ou la réception de signaux radio-électriques. Ils interagissent avec le réflecteur 2 soit en émettant un faisceau d'ondes électromagnétiques vers le réflecteur, soit en recevant un faisceau issu du réflecteur.
Le réflecteur cylindro-parabolique comporte une ligne focale, en principe une droite D, formée par les foyers des paraboles. Les éléments du réseau 1 sont disposés sensiblement sur cet axe focal D. Ainsi, le faisceau d'interaction est pratiquement parallèle ; l'antenne fonctionne "en champ lointain", c'est-à-dire que l'image (en émission) est formée à l'infini, ou l'objet (en réception) se situe à l'infini.
Par exemple en émission, le réseau 1 rayonne en principe une onde cylindrique. Du fait que le réseau 1 coïncide sensiblement avec l'axe focal D, cette onde est collimatée par le réflecteur 2 en une onde pratiquement plane. La section parabolique du réflecteur 2 permet de "pincer" le faisceau réfléchi autour d'un plan P perpendiculaire au front d'onde et contenant la droite D. La disposition des éléments rayonnants en réseau linéaire permet encore de concentrer le faisceau dans ce plan P. La génératrice droite du cylindre agit ensuite comme un miroir plat. L'obtention d'un faisceau étroit, donc d'un gain élevé, est ainsi liée à la hauteur de la section à profil parabolique d'une part et à la longueur du réseau 1 d'autre part.
Pour créer une déviation du faisceau dans le plan P, d'un angle  autour de l'incidence normale, un système à balayage électronique 3 est habituellement mis en oeuvre. Il s'agit d'implanter N déphaseurs O1, O2, ..., ON derrière les éléments rayonnants unitaires S1, S2, ..., SN dans le but d'induire un retard variable sur le signal émis ou reçu par chaque élément du réseau 1. La variation de ce déphasage en fonction des positions respectives des éléments S1, S2, ..., SN sur le réseau 1, est en principe linéaire pour infléchir le front d'onde et créer un dépointage du faisceau. Des déphaseurs de ce type sont notamment connus par "Radiation characteristics of the EISCAT VHF parabolic reflector antenna" de P-S. Kildal dans IEEE Transactions on Antennas & Propagation (juin 1984, p. 541-552). On peut envisager par exemple des déphasages selon des lignes à longueur programmable, selon un balayage fréquentiel, ... etc.
La capacité et les caractéristiques de balayage électronique du réseau linéaire 1 sont reproduites intégralement après réflexion du faisceau sur le réflecteur 2. Cette technique permet d'obtenir des vitesses de balayage particulièrement élevées. Par ailleurs, un tel procédé présente un certain nombre d'avantages :
  • le réflecteur est mécaniquement plus simple à réaliser qu'un paraboloïde de révolution, le principe s'apparentant à une torsion uniforme d'un élément plan à l'origine, le long d'un axe,
  • l'ensemble est moins complexe à réaliser qu'une antenne réseau plane à deux dimensions, puisque dans le cas présent le réseau est simplement linéaire.
En principe, les dimensions de l'antenne sont choisies de manière à obtenir un certain niveau de gain. La directivité maximale de l'antenne est en première approximation définie par la formule D ≈ 4 π L1. H/λ2, où L1 est la longueur du réseau en interaction avec le réflecteur et H la hauteur du réflecteur. Le gain de l'antenne correspond à une fraction de cette valeur de directivité, prenant en compte par exemple la pondération d'interaction du réseau linéaire, la concentration dans le plan focalisant P, etc...
La forme de la parabole, sensiblement constante le long de la génératrice du réflecteur, dépend de la distance focale F choisie entre le réseau linéaire 1 et le réflecteur 2. Dans le cas d'une antenne à réflecteur cylindro-parabolique 2 interagissant avec un réseau linéaire 1 de longueur L1, la dimension longitudinale L2 du réflecteur 2 est déterminée en première approximation par la plage angulaire de dépointage (ou d'incidence) du faisceau, de manière à ce que le champ focalisé sur le réseau 1 positionné sur la ligne focale D intercepte le réflecteur 2.
De façon générale, la longueur du réflecteur L2 est choisie suivant l'expression L2 = L1 + 2F.tan(M) où M est l'angle de dépointage maximal du faisceau, compté à partir de l'axe normal, et F la longueur focale.
Un but de l'invention est de réduire la longueur du réflecteur L2. Il apparaít évidemment que pour un dépointage maximal M donné et un gain donné lié en partie à L1, seule la distance focale F peut être diminuée. Mais la réduction de la focale peut entraíner une dégradation du diagramme de rayonnement (déformation, perte de gain, dépointage parasite). Ainsi, la longueur L2 du réflecteur est habituellement bien supérieure à la longueur L1 du réseau.
Le principe de l'invention est alors de créer un décalage des positions des éléments rayonnants S1, S2, ..., SN du réseau 1 afin de réduire la longueur L2 du réflecteur. Ce décalage se fait le long de la ligne focale D du réflecteur 2.
Selon un premier aspect de l'invention, un ajustement mécanique présenté sous une forme simplifiée sur les figures 2A et 2B, est proposé. Ensuite, un ajustement électrique est décrit plus précisément selon un autre aspect de l'invention, présenté sur les figures 3A et 3B.
Soit N le nombre d'éléments rayonnants actifs nécessaires pour l'obtention des caractéristiques radioélectriques désirées (ouverture du faisceau, gain, plage de dépointage, etc.). Typiquement, pour un réseau de longueur L1, N est au moins égal à L1.(1+sin)¦M¦)/λ, où M est l'angle maximal de dépointage du faisceau et λ la longueur d'onde de travail.
Selon le premier mode de réalisation de l'invention, des moyens mécaniques permettent de déplacer physiquement le réseau de N éléments actifs le long de la ligne focale D. Ce déplacement se fait du côté opposé à la direction de pointage du faisceau, d'une distance d. Il apparaít alors que la dimension nécessaire du réflecteur pour intercepter le faisceau réfléchi d'un angle M maximum n'est plus que F.tan(M) - d au-delà de la zone centrale de longueur L1, au lieu de F.tan(M) initial. Il en est de même, de façon symétrique sur le réflecteur, quand le faisceau est dépointé de -M et que le réseau est déplacé mécaniquement dans l'autre direction.
Ainsi, à partir d'un déplacement du réseau de longueur L1 sur ± d le long de la droite D, la dimension du réflecteur peut être réduite à L2 = L1 + 2F.tan(M) - 2d.
Un encombrement global minimum de l'antenne est trouvé quand, pour un dépointage du faisceau sur une plage angulaire ±M, le réseau linéaire de longueur L1 peut être déplacé sur ± 1/2 F.tan(M)
L'encombrement global L3 du réseau linéaire en mouvement est alors égal à la longueur L2 utile du réflecteur, soit : L2 = L3 = L1 + F.tan(M)
Dans ce dernier cas, un réflecteur cylindro-parabolique de longueur L2 = L1 + F.tan(M) peut interagir avec un réseau linéaire de longueur L1 constitué de N éléments rayonnants actifs. Ce réseau est alors déplacé autour de sa position centrale, le long de la ligne focal, sur ± 1/2 F.tan(M), par exemple à partir d'un mécanisme mettant en oeuvre une crémaillère 5 d'axe confondu avec la droite D. Cette crémaillère 5 est, dans l'exemple décrit, engrenée à un pignon 6 dont la rotation est gérée par un module de commande 4 en fonction de la valeur de l'angle de dépointage , comme le montrent les figures 2a et 2b.
Cependant, comme l'invention s'applique à une antenne à balayage électronique, le mouvement mécanique le long de la ligne focale peut être avantageusement remplacé par l'utilisation de K éléments supplémentaires SN+1, ..., SN+K, fixes pour le réseau linéaire.
Ainsi, en reprenant le principe développé précédemment, la longueur totale L3 du réseau linéaire peut être choisie de sorte qu'elle soit sensiblement égale à : L3 = L1 + F.tan(M)
Le réseau comporte alors un nombre d'éléments N+K plus important que dans le cas précédent employant une solution mécanique, avec approximativement K = N.L2/L1
Dans un tel réseau, pour obtenir un comportement semblable à l'antenne de départ, N éléments rayonnants actifs contigus choisis parmi les N+K sont utilisés pour un dépointage de faisceau donné, en fonction de la zone à intercepter sur le réflecteur.
Pour un faisceau dépointé à -M, les éléments rayonnants actifs choisis sont les N éléments supérieurs S1, ..., SN positionnés du côté opposé au faisceau dépointé, comme le montre la figure 3A. Pour un faisceau dépointé à +M, les éléments actifs sont les N éléments inférieurs SK+1, ..., SN+K situés de l'autre côté, comme le montre la figure 3B.
Pour des dépointages intermédiaires du faisceau, deux modes de décalage peuvent être envisagés :
  • un mode de décalage "discontinu" dans lequel les éléments actifs sont choisis selon l'une ou l'autre des deux configurations précédentes, en fonction du signe de l'angle de dépointage, et
  • un mode de décalage "continu" dans lequel les éléments actifs occupent des positions intermédiaires variables en fonction de l'angle d'incidence . Ainsi, pour le faisceau non dépointé ( = 0), les éléments actifs seront par exemple N éléments centraux.
Dans la configuration préférée d'un décalage continu, le choix des éléments actifs est effectué à partir de systèmes de commutation passifs (commutateurs électroniques et/ou électromécaniques) C1, C2, ..., CN+K. Cette commutation peut être avantageusement gérée par la commande de balayage électronique 3, en même temps que le déphasage entre les éléments.
Lorsque le faisceau est dépointé d'un angle - à partir de l'incidence normale, le système de commutation rend actifs des éléments Si, Si+1, .., Sj de la partie supérieure du réseau, les indices i et j étant des entiers naturels non nuls avec i<j, et fixés par les conditions suivantes :
  • i vaut sensiblement la partie entière du terme K/2 - (K/2 - 1) [tan(-) / tan(-M)]
  • j vaut sensiblement la partie entière de i + N
Dans un même temps, le système de commutation rend inactifs les éléments Si+N, Si+N+1, ..., SN+K de la partie inférieure du réseau.
Par ailleurs, pour infléchir le front d'onde d'un angle -, un organe déphaseur Ou induit un retard sur le signal émis ou reçu par un élément actif Su du réseau (avec i < u < i+N-1), sensiblement équivalent à τu = [(u-i)/(N-1)] [sin() L1/c] où c est la vitesse de propagation de l'onde électromagnétique.
Lorsque le faisceau est dépointé d'un angle + à partir de l'incidence normale, le système de commutation rend actifs les éléments Sm, Sm+1 ..., Sp de la partie inférieure du réseau, les indices m et p étant des entiers naturels non nuls avec m<p, et fixés par les conditions suivantes :
  • p vaut sensiblement la partie entière du terme K/2 [tan() / tan(M)] + N + K/2
  • m vaut sensiblement la partie entière de p - N
Dans un même temps, le système de commutation rend inactifs les éléments S1, S2, ..., Sp-N de la partie supérieure du réseau.
Par ailleurs, pour infléchir le front d'onde d'un angle +, un organe déphaseur Ov induit un retard sur le signal émis ou reçu par un élément actif Sv du réseau (avec p-N+1 < v < p), sensiblement équivalent à τv = [(v-p+N-1)/(N-1)] [sin() L1/c]
Il apparaít que les variations des déphasages et des positions des éléments actifs sont sensiblement linéaires en fonction respectivement du sinus et de la tangente de l'angle . La commande de balayage électronique 3 peut alors établir une correspondance entre les positions et les déphasages respectifs des N éléments rayonnants actifs du réseau, à partir de la déviation  du faisceau.
Réciproquement, on peut attribuer à chaque élément rayonnant un état actif ou inactif en fonction des déphasages appliqués. Ce principe permet d'établir une correspondance directe entre la position des éléments actifs et les déphasages associés, sans avoir à prendre en considération la valeur de la déviation .
D'autres systèmes de commutation pour rendre actifs des éléments utiles et inactifs des éléments inutiles, pourraient être envisagés. Par exemple, la commutation ON/OFF des alimentations d'amplificateurs peut être employée à cet effet, dans le cas des antennes actives où chaque élément rayonnant possède un amplificateur propre.
On pourrait envisager aussi une combinaison des deux types de moyens de décalage, mécaniques et par commutation, pour modifier la position des éléments rayonnants actifs du réseau.
On a décrit ci-avant une antenne dont le réflecteur est à profil parabolique. Cependant, l'invention pourrait s'appliquer à une antenne de réflecteur cylindrique à section elliptique ou hyperbolique suivant les nécessités de l'application. Elle pourrait, par exemple, s'appliquer à une antenne à réflecteur de Cassegrain.
La portée de l'invention ne se limite pas non plus à un réflecteur cylindrique de section constante. En effet, le réflecteur pourrait être, par exemple, de forme globalement conique. Dans ce cas, le décalage de la position des éléments actifs a lieu le long d'une ligne focale qui n'est plus parallèle à une génératrice du cylindre.
On pourrait prévoir également un réflecteur parabolique de forme sensiblement torique. Dans ce cas, les éléments actifs peuvent occuper des positions variables, selon l'invention, en fonction de la déviation du faisceau, et disposées sur un arc de cercle.
L'invention décrite ci-dessus pourrait s'appliquer par exemple aux satellites de télécommunication, aux radars, mais également à tout autre dispositif d'émission et/ou réception de signaux électromagnétiques.
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit, mais s'étend à toute variante incluse dans le cadre des revendications ci-après.

Claims (17)

1. Antenne électromagnétique du type comprenant un réflecteur (2) de forme générale sensiblement cylindrique, coopérant avec une source (1) formée d'éléments rayonnants (S1, S2, ..., SN) disposés sensiblement en ligne (D), chaque élément rayonnant (Si) étant associé à un organe à retard (Oi), ainsi qu'à une voie d'excitation respective comprenant à la fois une liaison électromagnétique et une entrée de commande de retard, de sorte que les retards (τ1, ..., τN) ainsi appliqués aux éléments rayonnants excités peuvent être choisis pour obtenir un faisceau d'antenne susceptible, par balayage électronique (3), d'être dévié entre deux limites de dépointage (M,-M),
   caractérisée en ce que ladite source (1) comprend des moyens pour faire glisser la position des éléments rayonnants excités le long de ladite ligne (D), en fonction de la déviation () définie par la commande de balayage électronique (3).
2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens sont aptes à faire glisser la position des éléments rayonnants excités le long de ladite ligne (D), du côté opposé à la déviation () du faisceau, vue sur le réflecteur (2).
3. Antenne selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la source (1) comprend en outre une entrée pour la commande de balayage électronique (3) de manière à piloter la déviation () du faisceau d'antenne.
4. Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce que lesdits moyens et la commande de balayage électronique (3) sont aptes à coopérer ensemble pour établir une correspondance entre la position des éléments rayonnants excités le long de ladite ligne (D) et la déviation du faisceau ().
5. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits moyens sont aptes à faire glisser la position des éléments rayonnants excités au moins à partir d'un seuil de déviation ().
6. Antenne selon l'une des revendication précédentes, caractérisée en ce que lesdits moyens sont aptes à faire glisser la position des éléments rayonnants excités (S1, S2, ..., SN) sur une distance de la ligne (D) sensiblement proportionnelle à la tangente de la déviation ().
7. Antenne selon la revendication 6, caractérisée en ce que lesdits moyens sont aptes à faire glisser les éléments rayonnants excités (S1, S2, ..., SN) sur une plage d'excursion (F.tan) sensiblement équivalente à la moitié de l'amplitude de dépointage entre les deux limites (M,-M).
8. Antenne selon la revendication 9, caractérisée en ce que le réflecteur est de longueur (L2) sensiblement équivalente à la largeur (L1) du faisceau d'antenne augmentée de ladite plage (F.tan).
10. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la ligne (D) coïncide sensiblement avec une ligne focale du réflecteur (2).
11. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la base du réflecteur cylindrique (2) est sensiblement une parabole.
12. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la ligne (D) est sensiblement droite.
13. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la ligne (D) est sensiblement parallèle à la génératrice du réflecteur cylindrique (2).
14. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la source (1) comprend des éléments rayonnants (S1, S2, ..., SN) mobiles en translation le long de la ligne (D), avec leurs voies d'accès, et des moyens mécaniques (4,5,6) pour commander la translation de ces éléments rayonnants (S1, S2, ..., SN).
15. Antenne selon la revendication 10, caractérisée en ce que les moyens mécaniques comprennent une crémaillère (5) solidaire d'une barrette (1) portant les éléments rayonnants, un pignon (6) engrené à la crémaillère (5) et un module de commande (4) propre à piloter un mouvement de rotation du pignon (6) en fonction de la déviation () du faisceau.
16. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la source (1) comprend des moyens de commutation (C1, C2, ..., CN+K) pour définir un sous-ensemble glissant d'éléments rayonnants actifs (Si+1, ..., Si+N), parmi tous les éléments rayonnants (S1, ..., SN+K), tandis que la correspondance entre les voies d'excitation et les éléments rayonnants (S1, ..., SN+K) est modifiable pour accompagner ledit sous-ensemble glissant d'éléments rayonnants actifs (Si+1, ..., Si+N).
17. Antenne selon la revendication 16, caractérisée en ce que lesdits moyens de commutation comportent au moins deux commutateurs électroniques et/ou électromécaniques (C1, ..., CN+K) pour connecter ou déconnecter en fonction de la déviation du faisceau (), au moins une partie des éléments rayonnants (S1, ..., SN, SK+1, ..., SK+N) à leur liaison électromagnétique associée.
18. Antenne selon l'une des revendications 16 et 17, caractérisée en ce que les moyens de commutation comportent un ensemble de commutateurs (C1, ..., CN+K) associés chacun à la liaison électromagnétique d'une voie d'excitation, pour faire glisser de façon continue les positions respectives des éléments rayonnants actifs (Si+1, ..., Si+N) en fonction de la déviation du faisceau ().
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000059071A1 (fr) * 1999-03-31 2000-10-05 The University Court Of The University Of St. Andrews Systeme d'antenne
EP2919321A4 (fr) * 2012-11-07 2016-07-06 Mitsubishi Electric Corp Dispositif d'antenne à réflecteur alimenté par réseau et son procédé de production
CN113917546A (zh) * 2021-12-07 2022-01-11 西安空间无线电技术研究所 一种基于馈源合成阵列的星载扫描型推扫辐射计系统

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102007927B1 (ko) * 2014-02-11 2019-08-06 베가 그리이샤버 카게 충전 수위 및 토폴로지의 판단

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3569976A (en) * 1968-08-29 1971-03-09 William Korvin Antenna array at focal plane of reflector with coupling network for beam switching
US4819000A (en) * 1987-08-10 1989-04-04 Micronav Ltd. Scanning antenna having amplitude and phase distribution diversity
US5202700A (en) * 1988-11-03 1993-04-13 Westinghouse Electric Corp. Array fed reflector antenna for transmitting & receiving multiple beams
EP0640844A1 (fr) * 1993-08-23 1995-03-01 Alcatel Espace Antenne bi-faisceaux à balayage électronique
EP0682383A1 (fr) * 1994-05-10 1995-11-15 Dassault Electronique Antenne multi-faisceaux pour la réception de micro-ondes émanant de plusieurs satellites

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3569976A (en) * 1968-08-29 1971-03-09 William Korvin Antenna array at focal plane of reflector with coupling network for beam switching
US4819000A (en) * 1987-08-10 1989-04-04 Micronav Ltd. Scanning antenna having amplitude and phase distribution diversity
US5202700A (en) * 1988-11-03 1993-04-13 Westinghouse Electric Corp. Array fed reflector antenna for transmitting & receiving multiple beams
EP0640844A1 (fr) * 1993-08-23 1995-03-01 Alcatel Espace Antenne bi-faisceaux à balayage électronique
EP0682383A1 (fr) * 1994-05-10 1995-11-15 Dassault Electronique Antenne multi-faisceaux pour la réception de micro-ondes émanant de plusieurs satellites

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TACHI K ET AL: "ADVANCED MICROWAVE SCANNING RADIOMETER (AMSR): REQUIREMENTS AND PRELIMINARY DESIGN STUDY", IEEE TRANSACTIONS ON GEOSCIENCE AND REMOTE SENSING, vol. 27, no. 2, 1 March 1989 (1989-03-01), pages 177 - 183, XP000118519 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000059071A1 (fr) * 1999-03-31 2000-10-05 The University Court Of The University Of St. Andrews Systeme d'antenne
EP2919321A4 (fr) * 2012-11-07 2016-07-06 Mitsubishi Electric Corp Dispositif d'antenne à réflecteur alimenté par réseau et son procédé de production
US9601827B2 (en) 2012-11-07 2017-03-21 Mitsubishi Electric Corporation Array-fed reflector antenna device and method of controlling this device
CN113917546A (zh) * 2021-12-07 2022-01-11 西安空间无线电技术研究所 一种基于馈源合成阵列的星载扫描型推扫辐射计系统
CN113917546B (zh) * 2021-12-07 2024-05-31 西安空间无线电技术研究所 一种基于馈源合成阵列的星载扫描型推扫辐射计系统

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