EP1044482A1 - Emetteur/recepteur d'ondes electromagnetiques - Google Patents

Emetteur/recepteur d'ondes electromagnetiques

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Publication number
EP1044482A1
EP1044482A1 EP98964558A EP98964558A EP1044482A1 EP 1044482 A1 EP1044482 A1 EP 1044482A1 EP 98964558 A EP98964558 A EP 98964558A EP 98964558 A EP98964558 A EP 98964558A EP 1044482 A1 EP1044482 A1 EP 1044482A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plate
radiation
reception
electromagnetic waves
radiating elements
Prior art date
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Ceased
Application number
EP98964558A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Ali Louzir
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Technicolor SA
Original Assignee
Thomson Multimedia SA
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Filing date
Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/30—Combinations of separate antenna units operating in different wavebands and connected to a common feeder system
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/02—Waveguide horns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/20—Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/24—Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave constituted by a dielectric or ferromagnetic rod or pipe
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/065—Patch antenna array
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/28—Combinations of substantially independent non-interacting antenna units or systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
    • H01Q5/45—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements using two or more feeds in association with a common reflecting, diffracting or refracting device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0414—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna in a stacked or folded configuration

Definitions

  • the invention relates to a device for receiving / transmitting electromagnetic waves.
  • Wireless interactive telecommunication services are growing rapidly. These services concern telephony, fax, television, especially digital, the so-called "multimedia" domain and the Internet.
  • the equipment for these mass-market services must be available at a reasonable cost. This is the case, in particular, for the receiver / transmitter of the user who must communicate with a server, most often by means of a telecommunications satellite.
  • These communications are generally carried out in the microwave domain.
  • the C band is used: from 3.7 Ghz to 4.2 Ghz (3.4 Ghz to 4.2 Ghz in extended C band) for reception and from 6.4 Ghz to 6.7 Ghz for transmission.
  • the subject of the invention is a device for receiving / transmitting electromagnetic waves, comprising a body, characterized in that it comprises in combination:
  • reception plate incorporated in the body, comprising a first network of n radiating elements of microstrip structure for the reception of electromagnetic waves in a first frequency band, - means for transmitting electromagnetic waves with longitudinal radiation defining an axis of radiation for the emission of electromagnetic waves in a second frequency band, said means comprising excitation means for exciting means of longitudinal radiation, said emission means being of substantially constant section in the body, perpendicularly cutting the reception plate into a circular opening around which said radiating elements are arranged symmetrically, said reception and emission means being arranged so that their centers respective phase are substantially arranged in a so-called focusing area.
  • Such a hybrid type device (that is to say with waveguide technology and microstrip technology) can be produced at moderate cost. Its size and weight are reduced. Excellent insulation is obtained between the transmit and receive signals.
  • the use of means with longitudinal radiation makes it possible to benefit from a wide frequency band for transmission. It should be noted above all that the use of such means with longitudinal radiation of constant section makes it possible to limit the surface occupied by these means on the plane of the reception plate with respect to a horn, which allows reception and transmission in near frequency bands. and which also makes it possible to bring the radiating elements closer together and therefore to reduce the number n of the latter.
  • the device according to the invention allows a ratio between the central frequencies of the respective transmission and reception bands less than or equal to three, this being demonstrated at the end of the present application.
  • said focusing area is reduced to a point forming the phase center of said device.
  • said radiation means comprise a dielectric rod with longitudinal radiation of axis coinciding with the axis of emission radiation.
  • said excitation means comprise a waveguide.
  • said radiation means comprise a helical device comprising a set of turns.
  • said excitation means comprise a coaxial line.
  • n is equal to 4.
  • said dielectric rod is shaped into a cylinder of conical ends.
  • said excitation means are coupled to a microstrip emission plate arranged in a cross section of the excitation means in the body for the emission of electromagnetic waves.
  • the device according to the invention comprises a pair of probes placed on the emission plate and at right angles to each other and capable of emitting orthogonally polarized waves.
  • the microstrip transmission plate includes a frequency conversion circuit.
  • the microstrip reception plate includes a frequency conversion circuit.
  • the device according to the invention comprises an intermediate plate comprising at least part of the frequency conversion circuit associated with the reception plate and / or with the transmission plate.
  • an auxiliary plate is associated in parallel with the reception plate and comprises a second network comprising a plurality of radiating elements opposite respectively the plurality of radiating elements of the first network and of resonance frequency close to that (F 0 ) of the first network so that the pair of networks of radiating elements facing one another is the equivalent of a single network of widened bandwidth.
  • the waveguide (1 9, 24) is closed by a cavity (24 2 ) quarter wave ( ⁇ GT / 4) of length equal to a quarter of the wavelength ( ⁇ GT ) of the guided wave emitted.
  • the subject of the invention is also a system for receiving / transmitting electromagnetic waves comprising means for focusing waves, characterized in that it is equipped with a device according to the invention.
  • said focusing means comprise a reflector, preferably parabolic, and in that the device is arranged so that said focusing area coincides substantially with the focus of said reflector, said device thus operating as the primary source of the system.
  • said focusing means may also comprise an electromagnetic lens and in that said device is arranged so that said focusing zone coincides substantially with the focal point of said electromagnetic lens, said device thus functioning as the primary source of the system.
  • FIG. 1 represents the basic concept of the user channel towards a satellite or return channel implemented by an embodiment of a satellite reception / transmission system according to the invention
  • FIG. 2 represents a view in vertical section according to section A-A of FIG. 3. a of an embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 3. a shows a top view along section BB of Figure 2 of an embodiment of the receiving plate according to the invention while Figure 3.b shows a bottom view according to section CC of FIG. 2 of an embodiment of the auxiliary plate according to the invention, FIG. 3.c representing an enlarged view of an area D of FIG. 2,
  • FIG. 4 shows a perspective view of a variant of the invention.
  • FIG. 5 represents a variant of the embodiment of FIG. 2.
  • FIG. 1 represents the basic concept of the return channel implemented by a satellite reception / transmission system according to the invention.
  • the information distributed by the reception / transmission system according to the invention can in particular come from satellites, recording studios, cable networks, or can be exchanged within the framework of an MMDS ("Multipoint Multichannel") system. Distribution System "in English), LMDS (" Local Multipoint Distribution System “in English) or MVDS (" Multipoint Video Distribution System “in English) well known to those skilled in the art.
  • the framework envisaged is that of a bidirectional satellite - user - satellite link.
  • a satellite 1 sends information and programs 2 made available to users. This information and programs 2 are received at the level of each user by means of the reception / transmission system comprising an antenna 3 of small diameter placed on the roof of a dwelling 4 for example.
  • the antenna 3 comprises a reflector 5 intended to focus the energy received at its focus in the vicinity of which is housed a primary source 6 capturing and radiating the energy thus exchanged, comprising a frequency conversion device not shown for reasons of clarity.
  • This converter converts the signals received by satellite into intermediate frequencies and transmits them, by connection means, for example a coaxial cable 8, to an indoor unit 9 arranged inside the house 4 comprising a decoder / encoder 1 0 connected to means for using the information transmitted, for example a television receiver 1 1.
  • this antenna 3 can be placed, thanks to its small size, in the vicinity of the one-story balcony.
  • a receiving / transmitting antenna can be placed at the top of the building and can be equipped with a first converter at higher frequencies (in the neighboring frequency bands 40 GHz) to distribute by a link. wireless signals to different floors.
  • the antenna 3 then has the role of collecting the signals thus distributed and a second frequency converter has the function of converting them into intermediate frequencies.
  • Said antenna 3 is, in the invention, also used for the return channel 1 2 or uplink 1 2.
  • the user by means of a remote control for example, can respond to an interactive service.
  • the information is coded and then transmitted, by means of the cable 8, to the high frequency converter which converts said information into a higher transmission frequency band.
  • the uplink "user" 1 2 transmits return data to the satellite 1 which therefore, among other things, has the role of collecting and centralizing the data transmitted by the users for retransmitting for further processing.
  • the embodiment thus described therefore shows a reception / transmission system in which the primary source 6 points in the same direction for transmission and reception.
  • the reception / transmission system according to the invention must include a primary source 6, the reception antenna and the transmission antenna of which are such that their respective radiation patterns are maximum in a one and the same direction.
  • the information 2 can for example come from satellite 1 and the return data can be transmitted to the earth station MMDS 1 3.
  • This return channel is shown in dotted lines in FIG.
  • the system according to the invention must include a reception antenna and a transmission antenna pointing in two different directions, this requiring at least one of the two antennas to be defocused.
  • the C band can be used, given the significant attenuation of signals introduced by rain in the Ku band in the equatorial regions.
  • the uplink 1 2 operates in the frequency band [6.4 Ghz - 6.7 Ghz] while the downlink 2, to designate the reception channel by the antenna 3 of the information transmitted by the satellite 1, operates in the band frequencies [3.7 Ghz - 4.2Ghz].
  • the extended C band the downlink 2 of which operates in the frequency band [3.4 Ghz; 4.2 Ghz].
  • the data transmitted on the uplink 1 2 can be the data relating to pay television, or more generally interactive television which gives the user access to films, interactive games, teleshopping, downloading software but also to services such as database consultation, reservations, etc.
  • FIG. 2 shows a vertical sectional view along section AA of Figure 3. a of an embodiment of a device 1 5 according to the invention in which there is provided a receiving plate 1 6, a plate of transmission 27 and an auxiliary plate 1 7.
  • FIG. 3. a represents a top view according to section BB of FIG. 2 of an embodiment of the reception plate 1 6 according to the invention while FIG. 3. b represents a bottom view along section C- C of FIG. 2 of an embodiment of the auxiliary plate 1 7, FIG. 3.c representing an enlarged view of an area D of FIG. 2 giving a detailed overview of the various constituent elements at the level of the reception plate 1 6 and of the auxiliary plate 17.
  • FIG. 4 represents a perspective view of a variant of the embodiment of the invention described in FIGS. 2, 3. a to 3.c.
  • the device 1 5 comprises a support or body 1 8 of parailITApi regardsdique shape and conductive material, and a rod 1 9.
  • the rod 1 9 comprises a cone 20 emerging from the upper face 21 of said body 1 8, the circular base of which is centered at the intersection of the diagonals of said upper rectangular face 21 and the apex of which points towards the space towards which the waves radiate or from which they are picked up .
  • This cone 20 extends at its base into a cylinder 22 and ends in a cone 23 whose apex points in the direction opposite to that of the cone 20.
  • the rod 1 9 formed of the cone 20, of the cylinder 22 and of the cone 23 comprises compressed polystyrene for example, constituting a dielectric antenna of longitudinal radiation, namely of relatively fine radiation diagram, called "rod" in English.
  • the configuration of this rod 1 9 explains its name of cylindrical-conical antenna.
  • the rod 1 9 operates as a waveguide and the mode it transmits is such that the maximum radiation can appear in the axis of the direction of the rod 1 9.
  • the rod 1 9 is dig.
  • the technique of such dielectric antennas is for example explained. in the book “Engineering techniques - Electronic Treaty” E3 283 - p.1 1, version 3- 1 991.
  • the rod 1 9 is surrounded downstream of the base of the cone 20 in the direction of reception of the waves, by a cylindrical base 24 of axis D coinciding with the axis of the rod 1 9.
  • This base 24 has, in the example, an external diameter of 3.66 cm and an internal diameter of 3.25 cm.
  • the base 24 extends inside the body 18 perpendicular to the cross sections of the latter and ends in a part emerging from the underside 25 of the body 18.
  • This base 24 of conductive material forms a waveguide whose walls are in contact with the body 1 8.
  • the end part of the base 24 emerging from the upper face 21 is open while that emerging from the lower face 25 of the base 24 is closed by a metal plate 26.
  • the base 24 forms with its bottom 26 a resonant cavity.
  • the base 24 is divided perpendicularly into two parts 24-, and 24 2 between which is placed, in a cross section of the base 24, the emission plate 27 of circuit in microstrips for emitting electromagnetic waves.
  • the base 24 and the rod 1 we will call, in the following, guide the combination formed by the base 24 and the rod 1 9.
  • the plate 27, forming a substrate is made of a material with a given dielectric permittivity, for example Teflon glass. It has an upper surface 27, directed towards the rod 1 9 and a lower surface 27 2 disposed on the other face of the substrate.
  • the lower surface 27 2 is metallized, forming a ground plane, and is in contact with the conductive walls of the base 24.
  • the plate 27 is supplied by two coplanar probes 280, and 280 2 which are etched on the upper surface 27, and which penetrate inside the base 24 through openings without touching the wall of the base 24. To allow the emission of orthogonally polarized waves, the two probes 280, and 280 2 are arranged at right angles to each other. the other.
  • This transmission circuit arranged in the present embodiment on the wafer 27, comprises a power amplifier and a frequency converter connected to the indoor unit 9 by the coaxial cable 8.
  • the device further comprises a radiator 36 disposed at the rear of the emission plate 27 of microstrip emission circuit intended to dissipate the heat given off by a power amplifier not shown and arranged in the transmission circuit on the plate 27.
  • a radiator 36 disposed at the rear of the emission plate 27 of microstrip emission circuit intended to dissipate the heat given off by a power amplifier not shown and arranged in the transmission circuit on the plate 27.
  • elements fulfilling identical functions in the subject of the invention can be represented only in one of FIGS. 2 , 3. a to 3.c or 4.
  • the part 24 2 closing the base 24 is a quarter wave guide section of length ⁇ GT / 4 (Guided wavelength) forming a resonant cavity and functioning as an open circuit in the plane of the wafer 27 for the transmitted waves, ⁇ TG representing the wavelength of the guided wave emitted.
  • the upper face 21 has a substrate 28 successively followed in the direction of reception of the waves, of a network of radiating elements 29,, 29 2 , 29 3 , 29 4 of reception of electromagnetic waves, of a space filled with foam over a height, for example, from 4 mm to 7 mm, a network of radiating elements 30,, 30 2 , 30 3 , 30 4 for receiving electromagnetic waves associated with an excitation circuit 31 in microstrip engraved on a substrate 320.
  • the radiating elements of the substrate 28 consist of four flat pads 29,, 29 2 , 29 3 , 29 4 , of square shape, etched on the underside 28, of the turned substrate 28 towards the inside of the body 1 8, and arranged in a regular manner around the center of the substrate 28.
  • the radiating elements of the plate 1 6 consist of four flat pads 30,, 30 2 , 30 3 , 30 4 , of square shape. , etched on the upper face of the substrate 320 of the plate ette 1 6, each of the pads 30, 30 4 being disposed respectively opposite the corresponding pad 29, 29 4 .
  • the lower surface 320 of the substrate 320 facing the cavity 24 2 is metallized, forming a ground plane, and is in contact with the conductive walls of the base 24 while the upper surface facing the cone 20 has the pellets 30,, 30 2 , 30 3 , 30 4 and the excitation circuit 31.
  • Figure 3 a details the different elements of the receiving plate 1 6. It has a circular opening whose center merges with that of the plate 1 6 through which passes the base 24 and around which are arranged the four pads 30,, 30 2 , 30 3 , 30 4 .
  • the plate 1 6 also has the excitation circuit 31 comprising lines 32 capable of carrying vertically polarized waves and lines 33 capable of conducting horizontally polarized waves.
  • quadrants 34,, 34 2 , 34 3 , 34 4 delimited by the horizontal median lines 35, and vertical 35 2 of the plate 1 6 passing respectively through the midpoints of the vertical and horizontal sides of the plate 1 6.
  • These quadrants 34,, 34 2 , 34 3 , 34 4 respectively comprise the pads 30,, 30 2 , 30 3 , 30 4 , each pad being arranged symmetrically with the pad contained in the bordering quadrant with respect to the horizontal median lines 35, and vertical 35 2 .
  • Each pad 30,, 30 2 respectively has a connection point A 2 between the upper side of said pad 30,, 30 2 and respectively a vertical excitation line L,, L 2 able to guide vertically polarized waves. These two lines L,, L 2 respectively undergo a right angle bend and meet at a point of intersection C, located on the vertical median line 35 2 .
  • each pad 30 3 and 30 4 respectively has a connection point A 3 , A 4 between the lower side of said pad 30 3 , 30 4 with respectively a vertical excitation line L3, L4 capable of guiding polarized waves vertically.
  • These two lines L 3 , L 4 respectively undergo a right angle bend and meet at a connection point C 2 located on the vertical median line 35 2 .
  • the pads 30,, 30 3 respectively have a connection point B,, B 3 respectively between the right lateral side of the pads 30,, 30 3 and respectively a horizontal excitation line L 5 , L 6 able to guide horizontally polarized waves.
  • the pads 30 2 , 30 4 respectively have a point of intersection B 2 , B 4 between the left lateral side of said pads 30 2 , 30 4 and a horizontal excitation line L 7 , L 8 capable of guiding horizontally polarized waves.
  • Lines L 5 and L 7 meet at a point C5 included in quadrant 34, and distant from the middle line 35 2 of ⁇ L while lines L 6 and L 8 meet at a point C 6 included in quadrant 34 3 and distant from the center line 35 2 also from ⁇ L, so that said points C and C 6 are symmetrical with respect to the center line 35,. From these points C 5 and C 6 start two lines which meet at a point C 7 located on the middle line 35, from which a main excitation line capable of guiding horizontally polarized waves which ends at a connection point C 8 .
  • the upper face 21 is square with a side length of 10 cm and the body has a height of approximately 8 cm.
  • the base 24 has an internal diameter of 3.25 cm and an external diameter of 3.66 cm.
  • a Teflon-based substrate loaded with ceramic can be used.
  • Figure 3.b details the different components of the auxiliary plate 1 7. This presents the four pads 29,, 29 2 , 29 3 , 29 4 and a circular opening centered in the center of the plate 1 7 through which the base 24 passes.
  • FIG. 3.c represents an enlarged view of zone D of FIG. 2, giving a detailed overview of the various constituent elements at the level of the two plates 1 6 and 1 7.
  • the height of foam ⁇ can be, in the present mode of realization, of the order of 0.06 to 0.08 times the wavelength ⁇ GR of the received wave, that is to say of the order of 4 mm to 7 mm.
  • the device comprises an intermediate plate 37 on which is arranged the reception circuit (not shown) comprising at least a low noise amplifier and a frequency converter.
  • Coaxial cables (for reasons of clarity, a single coaxial cable 38 has been drawn) connect the connection points C 4 and C 8 to the reception circuit of the wafer 37 for the processing of the signals received.
  • the output of the reception circuit is connected, through an opening 39 made in the body 18, to the coaxial cable 8.
  • the same oscillator can be used for the conversion at high frequencies of the signals intended to be transmitted and for the conversion at low frequencies of the signals intended to be received. More generally, several same elements can be used for the conversion of the received and transmitted signals.
  • the plate 37 can serve as a support for these various elements.
  • at least one coaxial cable is arranged between the plate 37 and the transmission plate 27.
  • Figure 5 shows an interesting variant of the embodiment of Figure 2.
  • the rod 1 9 is advantageously replaced by a coaxial line 42, one end of which is connected to the transmission circuits and the other of which is connected to a helix 40 composed of a set of turns 41, this helix antenna operating in axial mode.
  • the right circular section of the propeller is then reduced to the wavelength divided by three.
  • the diameter of the base 24 undergoes a discontinuity at the level of the connection between the coaxial line and the propeller.
  • the device according to the invention operates in the following manner:
  • the electromagnetic waves arriving on the reflector 5 are reflected and focused at the focal point of the latter located substantially at the geometric center of the network of the plate 1 7.
  • the network of the plate 1 6 operates on a frequency central resonance F 0 while the array of plate 1 7 operates on a resonance frequency F 0 'slightly offset from said frequency F 0 , so that the combination of the two plates 1 6 and 1 7 behaves like a single broadband network.
  • the pellets 30,, 30 2 , 30 3 , 30 4 are all supplied in phase and with the same amplitude by two power dividers in microstrip, the feeding of the pellets having to be done in phase so that the fields electric add up in the direction of propagation of the guided waves.
  • B,, B 2 are excited by opposite lateral sides of the pellets.
  • the pad 30, is excited by its right lateral side, which creates, at an instant t, a field E oriented from right to left, while, simultaneously, the pad 30 2 is excited by its left lateral side, which creates, at the same time t, a field E oriented from left to right, which ultimately creates fields out of phase with ⁇ .
  • Said waves, received and carried by lines 32 and 33, are delivered, via cable 38, to the reception circuit of wafer 37 for example which transmits after conversion of signals received into intermediate frequencies, these latter to the indoor unit 9 via the cable 8.
  • the signals from said unit 9 pass through the frequency conversion circuit, arranged on the wafer 27 for example, and supply the probes 280,, 280 2 with waves to be transmitted to the rod 1 9 which transmits the maximum power in the direction of the axis D of the rod 1 9.
  • the device according to the invention makes it possible to obtain a single device capable of operating simultaneously and fully decoupled according to a reception channel and a transmission channel.
  • the guide (1 9, 24) and the array of radiating elements (30 ,, 30 2 , 30 3 , 30 4 ) are arranged so that their respective phase centers are substantially merged into a single point forming the phase center of said device, allowing said device to function as a primary source pointing in a given direction in reception and in emission, this primary source being disposed at the focus of focusing means of a reception / emission system according to the invention such as a parabola or an electromagnetic lens.
  • At least one of the phase centers can be defocused to transmit in a direction other than the reception direction.
  • the devices according to the invention can also be used in constellations of satellites in circular orbit, in particular in low orbit ("Low Earth Orbit” or LEO in English) or in medium orbit (“Mid Earth Orbit” or MEO in language English).
  • the device according to the invention allows a ratio between the central frequencies of the respective transmission and reception bands less than or equal to three, with a small number of pads such as 4, to minimize the complexity of the device.
  • the invention is not limited to the embodiments described. This is how the guide can be chosen rectangular if one polarization is to be preferred over the other.
  • the pellets 29,, 29 2 , 29 3 , 29, 30,, 30 2 , 30 3 , 30 4 can be circular or rectangular.
  • the difference in length ⁇ L may be zero.
  • reception and transmission circuits of the device according to the invention can also be arranged on a single plate having the dual function of supporting the reception circuit and supporting the transmission circuit.
  • said circuits are arranged so as to avoid any electromagnetic coupling between the reception circuit and the transmission circuit.
  • any crossings between the excitation lines of the receiving circuit and those of the transmitting circuit would be carried out, for example, by bridges.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

L'invention concerne un dispositif de réception/émission d'ondes électromagnétiques, comprenant un corps (18), est caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison: une plaquette de réception (16) incorporée dans le corps (18), comprenant un premier réseau de n éléments rayonnants (301, 302, 303, 304) de structure microruban pour la réception d'ondes électromagnétiques; des moyens d'émission (19, 20, 22, 23, 24) d'ondes électromagnétiques à rayonnement longitudinal définissant un axe de rayonnement pour l'émission d'ondes électromagnétiques, lesdits moyens comportant des moyens d'excitation (24) pour exciter des moyens de rayonnement longitudinal (19, 20, 22, 23); lesdits moyens de rayonnement étant sensiblement de section constante dans le corps (18), coupant perpendiculairement la plaquette de réception (16) en une ouverture circulaire autour de laquelle sont disposés de manière symétrique lesdits éléments rayonnants (301, 302, 303, 304); lesdits moyens de réception et d'émission étant agencés de sorte que leurs centres de phase respectifs soient sensiblement disposés dans une zone dite de focalisation. Application particulière au domaine des transmissions d'ondes hyperfréquences échangées entre une station et une habitation ou entre un satellite et une habitation, dans le cadre d'un système de télécommunication par satellite.

Description

EMETTEUR/RECEPTEUR D'ONDES ELECTROMAGNETIQUES
L'invention concerne un dispositif de réception/émission d'ondes électromagnétiques.
Les services de télécommunication sans fil de type interactif se développent rapidement. Ces services concernent la téléphonie, la télécopie, la télévision, notamment numérique, le domaine dit « multimédia » et le réseau internet. Les équipements pour ces services de grand diffusion doivent pouvoir être disponibles à un coût raisonnable. Il en est ainsi, en particulier, du récepteur/émetteur de l'utilisateur qui doit communiquer avec un serveur, le plus souvent par l'intermédiaire d'un satellite de télécommunication. Ces communications s'effectuent en général dans le domaine des hyperfréquences. On utilise par exemple la bande C : de 3.7 Ghz à 4.2 Ghz ( 3.4 Ghz à 4.2 Ghz en bande C élargie ) en réception et de 6.4 Ghz à 6.7 Ghz à l'émission.
Pour ces domaines de fréquences, on peut utiliser habituellement un récepteur à guide d'onde et un émetteur à guide d'onde, les deux guides d'onde étant disjoints.
Cette technologie est de mise en oeuvre lourde s'il faut assurer une liaison de retour de l'usager vers la station de base en vue de l'acheminement de flux d'informations ou de commandes de l'usager vers la source du service (par exemple, dans le domaine des programmes audiovisuels, le péage à la séance ou Pay per View en langue anglaise). Elle est donc onéreuse. En outre, son poids et son encombrement sont incompatibles avec une utilisation par des particuliers. Le document US 5 041 840 (Cipolla et al) décrit un dispositif comportant deux guides d'onde coaxiaux excitant un cornet dont l'ouverture rayonnante est coplanaire à un réseau de pastilles rayonnantes. Le réseau a même centre de phase que le cornet. Ainsi, le dispositif peut émettre et recevoir selon des directions confondues. Cependant, l'ensemble comportant le réseau et l'ouverture rayonnante occupe une superficie trop importante dans le plan du réseau. Le problème d'encombrement n'est pas résolu.
L'invention remédie à l'inconvénient précité. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de réception/émission d'ondes électromagnétiques, comprenant un corps, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison :
- une plaquette de réception incorporée dans le corps, comprenant un premier réseau de n éléments rayonnants de structure microruban pour la réception d'ondes électromagnétiques dans une première bande de fréquence, - des moyens d'émission d'ondes électromagnétiques à rayonnement longitudinal définissant un axe de rayonnement pour l'émission d'ondes électromagnétiques dans une deuxième bande de fréquence, lesdits moyens comportant des moyens d'excitation pour exciter des moyens de rayonnement longitudinal, lesdits moyens d'émission étant sensiblement de section constante dans le corps, coupant perpendiculairement la plaquette de réception en une ouverture circulaire autour de laquelle sont disposés de manière symétrique lesdits éléments rayonnants, lesdits moyens de réception et d'émission étant agencés de sorte que leurs centres de phase respectifs soient sensiblement disposés dans une zone dite de focalisation.
Un tel dispositif de type hybride ( c'est à dire à technologie à guide d'onde et à technologie à microruban ) est réalisable à coût modéré. Son encombrement et son poids sont réduits. On obtient une excellente isolation entre les signaux d'émission et de réception. De surcroît, l'utilisation de moyens à rayonnement longitudinal permet de bénéficier d'une large bande de fréquences pour l'émission. Il faut noter surtout que l'utilisation de tels moyens à rayonnement longitudinal de section constante permet de limiter la surface occupée par ces moyens sur le plan de la plaque de réception par rapport à un cornet, ce qui autorise une réception et une émission dans des bandes de fréquence proches. et ce qui permet également de rapprocher les éléments rayonnants et donc de réduire le nombre n de ces derniers. Typiquement, le dispositif selon l'invention permet un rapport entre les fréquences centrales des bandes respectives d'émission et de réception inférieure ou égale à trois, ceci étant démontré en fin de la présente demande.
Selon un mode de réalisation, ladite zone de focalisation est réduite à un point formant centre de phase dudit dispositif. Avantageusement, lesdits moyens de rayonnement comportent une tige de diélectrique à rayonnement longitudinal d'axe confondu à l'axe de rayonnement d'émission.
Selon un mode de réalisation, lesdits moyens d'excitation comportent un guide d'onde. Selon un mode de réalisation, lesdits moyens de rayonnement comportent un dispositif en hélice comprenant un ensemble de spires.
Dans ce cas, on peut imaginer que lesdits moyens d'excitation comportent une ligne coaxiale.
Selon un mode de réalisation, n est égal à 4. Selon un mode de réalisation, ladite tige de diélectrique est conformé en un cylindre d'extrémités coniques.
Selon un mode de réalisation, lesdits moyens d'excitation sont couplés à une plaquette d'émission à microrubans agencée dans une section droite des moyens d'excitation dans le corps pour l'émission d'ondes électromagnétiques.
Selon un mode de réalisation, le dispositif selon l'invention comporte un couple de sondes disposées sur la plaquette d'émission et à angle droit l'une par rapport à l'autre et aptes à émettre des ondes polarisées orthogonalement.
Selon un mode de réalisation, la plaquette d'émission à microrubans comporte un circuit de conversion de fréquences.
Selon un mode de réalisation, la plaquette de réception à microrubans comporte un circuit de conversion de fréquences.
Selon un mode de réalisation, le dispositif selon l'invention comporte une plaquette intermédiaire comprenant au moins une partie du circuit de conversion de fréquences associé à la plaquette de réception et/ou à la plaquette d'émission.
Selon un mode de réalisation, une plaquette auxiliaire est associée parallèlement à la plaquette de réception et comporte un second réseau comprenant une pluralité d'éléments rayonnants en regard respectivement de la pluralité d'éléments rayonnants du premier réseau et de fréquence de résonance voisine de celle (F0) du premier réseau de sorte que le couple de réseaux d'éléments rayonnants en regard l'un par rapport à l'autre est l'équivalent d'un seul réseau de largeur de bande élargie.
Selon un mode de réalisation, guide d'ondes ( 1 9, 24) est fermé par une cavité (242) quart d'ondes (λGT/4) de longueur égale au quart de la longueur d'onde (λGT) de l'onde guidée émise.
L'invention a également pour objet un système de réception/émission d'ondes électromagnétiques comportant des moyens de focalisation d'ondes, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un dispositif selon l'invention. Avantageusement, lesdits moyens de focalisation comportent un réflecteur, de préférence parabolique, et en ce que le dispositif est agencé de sorte que ladite zone de focalisation coincide sensiblement avec le foyer dudit réflecteur, ledit dispositif fonctionnant ainsi comme source primaire du système.
On peut aussi avoir avantage à ce que lesdits moyens de focalisation comportent une lentille électromagnétique et en ce que ledit dispositif est agencé de sorte que ladite zone de focalisation coincide sensiblement avec le foyer de ladite lentille électromagnétique, ledit dispositif fonctionnant ainsi comme source primaire du système. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description des modes de réalisation qui vont suivre, pris à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux figures annexées dans lesquelles :
- la figure 1 représente le concept de base de la voie de l'usager vers un satellite ou voie de retour mis en oeuvre par un mode de réalisation d'un système de réception/émission par satellite selon l'invention,
- la figure 2 représente une vue en coupe verticale selon la coupe A-A de la figure 3. a d'un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention,
- la figure 3. a représente une vue de dessus selon la coupe B-B de la figure 2 d'un mode de réalisation de la plaquette de réception selon l'invention tandis que la figure 3.b représente une vue de dessous selon la coupe C-C de la figure 2 d'un mode de réalisation de la plaquette auxiliaire selon l'invention, la figure 3.c représentant une vue agrandie d'une zone D de la figure 2,
- la figure 4 représente une vue en perspective d'une variante de l'invention.
- la figure 5 représente une variante du mode de réalisation de la figure 2.
Pour simplifier la description, les mêmes références seront utilisées dans les différentes figures pour désigner les éléments remplissant des fonctions identiques. Il est à noter que, dans la présente demande, l'ensemble (guide, diélectrique) peut être amené à être appelé plus simplement guide.
La figure 1 représente le concept de base de la voie de retour mis en oeuvre par un système de réception/émission par satellite selon l'invention.
De façon générale, les informations distribuées par le système de réception/émission selon l'invention peuvent notamment provenir de satellites, de studios d'enregistrement, de réseaux câblés, ou peuvent être échangées dans le cadre d'un système MMDS ("Multipoint Multichannel Distribution System" en langue anglaise), LMDS ("Local Multipoint Distribution System" en langue anglaise) ou MVDS ("Multipoint Video Distribution System" en langue anglaise) bien connus de l'homme de l'art. Dans le présent mode de réalisation illustré sur la figure 1 , le cadre envisagé est celui d'une liaison bidirectionnelle satellite - usager - satellite. Dans cette application, un satellite 1 envoie des informations et programmes 2 mis à la disposition des usagers. Ces informations et programmes 2 sont captés au niveau de chaque usager par l'intermédiaire du système de réception/émission comportant une antenne 3 de faible diamètre placée sur le toit d'une habitation 4 par exemple. L'antenne 3 comprend un réflecteur 5 destiné à focaliser l'énergie reçue à son foyer au voisinage duquel est logée une source primaire 6 captant et rayonnant l'énergie ainsi échangée, comprenant un dispositif de conversion de fréquence non représenté pour des raisons de clarté. Ce convertisseur convertit en fréquences intermédiaires les signaux reçus par satellite et les transmet, par des moyens de liaison, par exemple un câble coaxial 8, à une unité intérieure 9 agencée à l'intérieur de l'habitation 4 comprenant un décodeur/codeur 1 0 relié à des moyens d'utilisation des informations transmises, par exemple un récepteur de télévision 1 1 . Bien entendu, dans le cas d'un immeuble, cette antenne 3 peut être placée, grâce à sa faible dimension, au voisinage du balcon d'un étage. En outre, dans cette variante, une antenne de réception/émission peut être disposée au sommet de l'immeuble et peut être équipée d'un premier convertisseur en plus hautes fréquences ( dans les bandes de fréquences avoisinantes 40 Ghz ) pour distribuer par une liaison sans fil les signaux aux différents étages. L'antenne 3 a alors pour rôle de collecter les signaux ainsi distribués et un second convertisseur de fréquences a pour fonction de les convertir en fréquences intermédiaires. Ladite antenne 3 est, dans l'invention, également utilisée pour la voie de retour 1 2 ou voie montante 1 2. Ainsi, l'usager, par le biais d'une télécommande par exemple, peut répondre à un service interactif. Les informations sont codées puis transmises, au moyen du câble 8, au convertisseur hautes fréquences qui convertit lesdites informations dans une bande de fréquences d'émission plus haute. La voie montante "usager" 1 2 transmet des données de retour vers le satellite 1 qui a donc, entre autres, pour rôle de collecter et centraliser les données transmises par les usagers pour les retransmettre en vue d'un traitement ultérieur. Le mode de réalisation ainsi décrit fait donc apparaître un système de réception/émission dans lequel la source primaire 6 pointe dans la même direction pour l'émission et la réception. De même, dans une variante de ce mode de réalisation de l'invention, si les informations sont envoyées par une station terrestre 1 3 ( Station MMDS par exemple ) par le biais d'un émetteur/récepteur 1 4, les données de retour sont transmises vers ce dernier. Ainsi, dans ces deux modes de réalisation, le système de réception/émission selon l'invention doit comporter une source primaire 6 dont l'antenne de réception et l'antenne d'émission sont telles que leurs diagrammes de rayonnement respectifs soient maximaux dans une seule et même direction.
Selon une autre variante de l'invention, les informations 2 peuvent par exemple provenir du satellite 1 et les données de retour peuvent être transmises vers la station terrestre MMDS 1 3. Cette voie de retour est figurée en pointillés sur la figure 2. A ce moment, le système selon l'invention doit comporter une antenne de réception et une antenne d'émission pointant dans deux directions différentes, ceci obligeant au moins l'une des deux antennes à être défocalisée.
On peut utiliser la bande C, étant donné l'atténuation importante des signaux introduite par la pluie dans la bande Ku dans les régions équatoriales. A ce moment, la voie montante 1 2 fonctionne dans la bande de fréquences [ 6.4 Ghz - 6.7 Ghz ] tandis que la voie descendante 2, pour designer la voie de réception par l'antenne 3 des informations transmises par le satellite 1 , fonctionne dans la bande de fréquences [ 3.7 Ghz - 4.2Ghz ]. Afin de pouvoir supporter de nouveaux services, on peut aussi utiliser la bande C étendue dont la voie descendante 2 fonctionne dans la bande de fréquences [ 3.4 Ghz ; 4.2 Ghz ].
Les données transmises sur la voie montante 1 2 peuvent être les données relatives à la télévision à péage, ou plus généralement la télévision interactive qui donne à l'usager l'accès à des films, à des jeux interactifs, au télé achat, au téléchargement de logiciels mais également à des services tels que consultation de base de données, réservations, etc.
La figure 2 représente une vue en coupe verticale selon la coupe A-A de la figure 3. a d'un mode de réalisation d'un dispositif 1 5 selon l'invention dans lequel on prévoit une plaquette de réception 1 6, une plaquette d'émission 27 et une plaquette auxiliaire 1 7. La figure 3. a représente une vue de dessus selon la coupe B-B de la figure 2 d'un mode de réalisation de la plaquette de réception 1 6 selon l'invention tandis que la figure 3.b représente une vue de dessous selon la coupe C- C de la figure 2 d'un mode de réalisation de la plaquette auxiliaire 1 7, la figure 3.c représentant une vue agrandie d'une zone D de la figure 2 donnant un un aperçu détaillé des différents éléments constitutifs au niveau de la plaquette de réception 1 6 et de la plaquette auxiliaire 17. La figure 4 représente une vue en perspective d'une variante du mode de réalisation de l'invention décrit dans les figures 2, 3. a à 3.c.
Selon le mode de réalisation illustré sur les figures 2, 3. a à 3.c, le dispositif 1 5 comprend un support ou corps 1 8 de forme parailélépipédique et en matériau conducteur, et une tige 1 9. La tige 1 9 comprend un cône 20 émergeant de la face supérieure 21 dudit corps 1 8, dont la base circulaire est centrée à l'intersection des diagonales de ladite face supérieure 21 rectangulaire et dont le sommet pointe vers l'espace vers lequel les ondes rayonnent ou duquel elles sont captées. Ce cône 20 se prolonge à sa base en un cylindre 22 et se termine par un cône 23 dont le sommet pointe vers le sens opposé à celui du cône 20. La tige 1 9 formée du cône 20, du cylindre 22 et du cône 23 comporte du polystyrène compressé par exemple, constituant une antenne diélectrique de rayonnement longitudinal, à savoir de diagramme de rayonnement relativement fin, dite "rod" en langue anglaise. La configuration de cette tige 1 9 explique sa dénomination d'antenne cylindro-conique. La tige 1 9 fonctionne en guide d'ondes et le mode qu'elle transmet est tel que le maximum de rayonnement puisse apparaître dans l'axe de la direction de la tige 1 9. Selon une variante non représentée, la tige 1 9 est creuse. La technique de telles antennes diélectriques est par exemple explicitée dans l'ouvrage «Techniques de l'ingénieur - Traité Electronique» E3 283 - p.1 1 , version 3- 1 991 .
La tige 1 9 est entourée en aval de la base du cône 20 dans le sens de réception des ondes, par un culot cylindrique 24 d'axe D confondu avec l'axe de la tige 1 9. Ce culot 24 a, dans l'exemple, un diamètre externe de 3.66 cm et un diamète interne de 3.25 cm. Le culot 24 se prolonge à l'intérieur du corps 1 8 perpendiculairement aux sections droites de ce dernier et se termine par une partie émergeant de la face inférieure 25 du corps 18. Ce culot 24 en matériau conducteur forme un guide d'ondes dont les parois sont en contact avec le corps 1 8. La partie extrême du culot 24 émergeant de la face supérieure 21 est ouverte alors que celle émergeant de la face inférieure 25 du culot 24 est fermée par une plaque métallique 26. Le culot 24 forme avec son fond 26 une cavité résonante.
Le culot 24 est scindé perpendiculairement en deux parties 24-, et 242 entre lesquelles est placée, dans une section droite du culot 24, la plaquette d'émission 27 de circuit en microrubans d'émission d'ondes électromagnétiques. On appelera, dans la suite, guide la combinaison formée du culot 24 et de la tige 1 9.
La plaquette 27, formant un substrat, est constituée d'un matériau de permittivité diélectrique donnée, du verre téflon par exemple . Elle présente une surface supérieure 27, dirigée vers la tige 1 9 et une surface inférieure 272 disposée sur l'autre face du substrat. La surface inférieure 272 est métallisée, formant un plan de masse, et est en contact avec les parois conductrices du culot 24. La plaquette 27 est alimentée par deux sondes coplanaires 280, et 2802 qui sont gravées sur la surface supérieure 27, et qui pénétrent à l'intérieur du culot 24 par des ouvertures sans toucher la paroi du culot 24. Pour permettre l'émission d'ondes polarisées orthogonalement, les deux sondes 280, et 2802 sont disposées à angle droit l'une par rapport à l'autre. Ces deux sondes 280, et 2802 sont reliées sur la plaquette 27 par des lignes microrubans 290, , 2902, dont la technologie est connue en soi, à un circuit d'émission non représenté sur les figures. Ce circuit d'émission, disposé dans le présent mode de réalisation sur la plaquette 27, comprend un amplificateur de puissance et un convertisseur de fréquences relié à l'unité intérieure 9 par le câble coaxial 8.
Selon une variante de l'invention représentée en perspective sur la figure 4, le dispositif comporte en outre un radiateur 36 disposé à l'arrière de la plaquette d'émission 27 de circuit d'émission en microruban destiné à dissiper la chaleur dégagée par un amplificateur de puissance non représenté et agencé dans le circuit d'émission sur la plaque 27. Dans la suite de la description, des éléments remplissant des fonctions identiques dans l'objet de l'invention pourront être représentés que sur l'une des figures 2, 3. a à 3.c ou 4. La partie 242 fermant le culot 24 est un tronçon de guide quart d'ondes de longueur λGT/4 (Longueur d'onde guidée) formant cavité résonante et fonctionnant comme circuit ouvert dans le plan de la plaquette 27 pour les ondes transmises, λTG représentant la longueur d'onde de l'onde guidée émise. La face supérieure 21 présente un substrat 28 suivi successivement dans le sens de réception des ondes, d'un réseau d'éléments rayonnants 29, , 292, 293, 294 de réception d'ondes électromagnétiques, d'un espace rempli de mousse sur une hauteur, par exemple, de 4 mm à 7 mm, un réseau d'éléments rayonnants 30, , 302, 303, 304 de réception d'ondes électromagnétiques associé à un circuit d'excitation 31 en microruban gravés sur un substrat 320. Dans le présent mode de réalisation, les éléments rayonnants du substrat 28 sont constitués de quatre pastilles plates 29, , 292, 293, 294, de forme carrée, gravés sur la face inférieure 28, du substrat 28 tournée vers l'intérieur du corps 1 8, et disposés de manière régulière autour du centre du susbtrat 28. Les éléments rayonnants de la plaquette 1 6 sont constitués de quatre pastilles plates 30, , 302, 303, 304, de forme carrée, gravées sur la face supérieure du substrat 320 de la plaquette 1 6, chacune des pastilles 30, à 304 étant disposée respectivement en regard de la pastille correspondante 29, à 294. La surface inférieure 320, du substrat 320 tournée vers la cavité 242 est métallisée, formant un plan de masse, et est en contact avec les parois conductrices du culot 24 alors que la surface supérieure tournée vers le cône 20 présente les pastilles 30, , 302, 303, 304 et le circuit d'excitation 31 .
La figure 3. a détaille les différents éléments constitutifs de la plaquette de réception 1 6. Celle-ci présente une ouverture circulaire dont le centre se confond avec celui de la plaquette 1 6 à travers laquelle passe le culot 24 et autour de laquelle sont disposées les quatre pastilles 30, , 302, 303, 304. La plaquette 1 6 présente en outre le circuit d'excitation 31 comportant des lignes 32 aptes à véhiculer des ondes polarisées verticalement et des lignes 33 aptes à conduire des ondes polarisées horizontalement.
On définit quatre quadrants 34, , 342, 343, 344 délimités par les droites médianes horizontale 35, et verticale 352 de la plaquette 1 6 passant respectivement par les milieux des côtés verticaux et horizontaux de la plaquette 1 6. Ces quadrants 34, , 342, 343, 344 comportent respectivement les pastilles 30, , 302, 303, 304, chaque pastille étant disposée symétriquement à la pastille contenue dans le quadrant limitrophe par rapport aux droites médianes horizontale 35, et verticale 352.
Chaque pastille 30, , 302 présente respectivement un point de connexion A2 entre le côté supérieur de ladite pastille 30, , 302 et respectivement une ligne d'excitation verticale L, , L2 aptes guider des ondes polarisées verticalement. Ces deux lignes L, , L2 subissent respectivement un coude à angle droit et se rejoignent à un point d'intersection C, situé sur la droite médiane verticale 352. De même, chaque pastille 303 et 304 présente respectivement un point de connexion A3, A4 entre le côté inférieur de ladite pastille 303, 304 avec respectivement une ligne d'excitation verticale L3, L4 aptes à guider des ondes polarisées verticalement. Ces deux lignes L3, L4 subissent respectivement un coude à angle droit et se rejoignent à un point de connexion C2 situé sur la droite médiane verticale 352. De ces points C, et C2 partent respectivement deux lignes verticales qui subissent un premier coude à angle droit transformant lesdites lignes en deux lignes horizontales gravées respectivement dans les quadrants 342 et 344 puis qui subissent un deuxième coude à angle droit les transformant en deux lignes verticales se rejoignant en un point C3 étant situé à une distance ΔL de la droite médiane horizontale 35, . Du point C3 part une ligne principale d'excitation d'ondes polarisées verticalement qui aboutit au point de connexion C4.
De plus, les pastilles 30, , 303 présentent respectivement un point de connexion B, , B3 entre respectivement le côté latéral droit des pastilles 30, ,303 et respectivement une ligne d'excitation horizontale L5, L6 aptes à guider des ondes polarisées horizontalement. De même, les pastilles 302, 304 présentent respectivement un point d'intersection B2, B4 entre le côté latéral gauche desdites pastilles 302, 304 et une ligne d'excitation horizontale L7, L8 aptes à guider des ondes polarisées horizontalement. Les lignes L5 et L7 se rejoignent en un point C5 compris dans le quadrant 34, et distant de la droite médiane 352 de ΔL alors que les lignes L6 et L8 se rejoignent en un point C6 compris dans le quadrant 343 et distant de la droite médiane 352 également de ΔL, si bien que que lesdits points C et C6 sont symétriques par rapport à la droite médiane 35, . De ces points C5 et C6 partent deux lignes qui se rejoignent en un point C7 situé sur la droite médiane 35, d'où part une ligne d'excitation principale aptes à guider des ondes polarisées horizontalement qui aboutit à un point de connexion C8.
Il est à noter que les différents coudes que présentent les lignes d'excitation aptes à guider des ondes polarisées horizontalement et verticalement ne sont pas nécessairement à angles droits.
Dans le présent mode de réalisation, la face supérieure 21 est carrée de côté de longueur 1 0 cm et le corps a une hauteur aproximativement de 8 cm. Le culot 24 a un diamètre intérieur de 3.25 cm et un diamètre extérieur de 3.66 cm.
Les pastilles 29, , 292, 293, 294, 30, , 302, 303, 30 , ont respectivement un côté sensiblement égal à λGR/2, λGR étant la longueur d'onde de l'onde guidée reçue. De plus, on peut utiliser un substrat à base de téflon chargé de céramique.
La figure 3.b détaille les différents éléments constitutifs de la plaquette auxiliaire 1 7. Celle-ci présente les quatre pastilles 29, , 292, 293, 294 et une ouverture circulaire centrée au centre de la plaquette 1 7 à travers laquelle passe le culot 24.
La figure 3.c représente une vue agrandie de la zone D de la figure 2, donnant un aperçu détaillé des différents éléments constitutifs au niveau des deux plaquettes 1 6 et 1 7. La hauteur de mousse Δ peut être, dans le présent mode de réalisation, de l'ordre de 0.06 à 0.08 fois la longueur d'onde λGR de l'onde reçue, soit de l'ordre de 4 mm à 7 mm.
Sur la figure 4, le dispositif selon le présent mode de réalisation comporte une plaquette intermédiaire 37 sur laquelle est agencé le circuit de réception (non représenté) comportant au moins un amplificateur à faible bruit et un convertisseur de fréquences. Des câbles coaxiaux ( pour des raisons de clarté, un seul câble coaxial 38 a été dessiné ) relient les points de connexion C4 et C8 au circuit de réception de la plaquette 37 en vue du traitement des signaux reçus. La sortie du circuit de réception est reliée, par une ouverture 39 pratiquée dans le corps 1 8, au câble coaxial 8.
Selon une variante non représentée, un même oscillateur peut être utilisé pour la conversion en hautes fréquences des signaux destinés à être émis et pour la conversion en basses fréquences des signaux destinés à être reçus. De façon plus générale, plusieurs mêmes éléments peuvent être utilisés pour la conversion des signaux reçus et émis. La plaquette 37 peut servir de support pour ces différents éléments. Dans ce cadre, au moins un câble coaxial est agencé entre la plaquette 37 et la plaquette d'émission 27.
La figure 5 représente une variante intéressante du mode de réalisation de la figure 2. Dans le cas où l'onde dans la bande de fréquence haute est à polarisation circulaire (droite ou gauche), la tige 1 9 est avantageusement remplacée par une ligne coaxiale 42 dont une extrémité est reliée aux circuits d'émission et l'autre est reliée à une hélice 40 composée d'un ensemble de spires 41 , cette antenne hélice fonctionnant en mode axial. La section circulaire droite de l'hélice est alors réduite à la longueur d'onde divisée par trois. Comme illustré sur la figure 5, le diamètre du culot 24 subit une discontinuité au niveau de la liaison entre la ligne coaxiale et l'hélice. Le fonctionnement d'un tel dispositif en hélice est relaté dans "Les techniques de l'ingénieur" E3283 - 1 2-13, version 3-1 991 , et dans l'ouvrage "Antenna Engineering Handbook" Second Edition, Richard C. Johnson et Henry Jasik, Chapitre 1 3 : "Helical antennas" .
Le dispositif selon l'invention fonctionne de la manière suivante : Les ondes électromagnétiques arrivant sur le réflecteur 5 sont réfléchies et focalisées au foyer de ce dernier situé sensiblement au centre géométrique du réseau de la plaque 1 7. Le réseau de la plaque 1 6 fonctionne sur une fréquence centrale de résonance F0 alors que le réseau de la plaque 1 7 fonctionne sur une fréquence de résonance F0' légèrement décalée par rapport à ladite fréquence F0, de sorte que la combinaison des deux plaques 1 6 et 1 7 se comporte comme un seul réseau de largeur de bande élargie. D'autre part, les pastilles 30, , 302, 303, 304 sont toutes alimentées en phase et avec la même amplitude par deux diviseurs de puissance en microbande, l'alimentation des pastilles devant se faire en phase pour que les champs électriques s'additionnent dans le sens de propagation des ondes guidées. En effet, le déphasage d entre deux ondes, polarisées horizontalement par exemple, est : d = β * ΔL, ou β = 2π/λg, λg étant égale à la longueur d'onde de l'onde guidée.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, on excite en B, , B2, respectivement B3, B4, par des côtés latéraux opposés des pastilles. Ainsi, la pastille 30, est excitée par son côté latéral droit, ce qui crée, à un instant t, un champ E orienté de droite à gauche, alors que, simultanément, la pastille 302 est excitée par son côté latéral gauche, ce qui crée, au même instant t, un champ E orienté de gauche à droite, ce qui crée finalement des champs déphasés de π. En introduisant une différence de longueur de ΔL = λg/2, on crée un déphasage supplémentaire d tel que : d = β * ΔL = (2π/λg) * (λg/2) = π, ce qui annule la différence des phases entre lesdits champs électriques. Cette configuration améliore la qualité de la polarisation car elle élimine les problèmes de polarisation croisée. De plus, du fait des symétries existantes entre les pastilles côte à côte, les réflexions d'ondes s'annulent.
Bien entendu, dans le cas où l'excitation des pastilles 30, , 302, 303, 30 se réalise du même côté, la différence de longueur devient égale à λg, pour que le déphasage revienne également à 2Ω.
Lesdites ondes, reçues et véhiculées par les lignes 32 et 33, sont délivrées, via le câble 38, au circuit de réception de la plaquette 37 par exemple qui transmet après conversion des signaux reçus en fréquences intermédiaires, ces derniers à l'unité intérieure 9 via le câble 8. Simultanément, les signaux provenant de ladite unité 9 traversent le circuit de conversion de fréquence, agencé sur la plaquette 27 par exemple, et fournissent aux sondes 280, , 2802 des ondes à transmettre vers la tige 1 9 qui transmet le maximum de puissance dans la direction de l'axe D de la tige 1 9.
Grâce à la forme de l'antenne diélectrique d'émission occupant le minimum d'espace possible, la réception n'est pas perturbée. En effet, la conformation cylindro-conique du guide ( 1 9, 24) en amont de la première plaquette (1 6) dans le sens de réception des ondes permet de ne pas perturber le diagramme de rayonnement dudit réseau d'éléments rayonnants (30, , 302, 303, 304). Ainsi, le dispositif selon l'invention permet d'obtenir un dispositif unique capable de fonctionner de manière simultanée et entièrement découplée selon une voie de réception et une voie d'émission.
Le guide ( 1 9, 24) et le réseau d'éléments rayonnants (30,, 302, 303, 304) sont agencés de sorte que leurs centres de phase respectifs soient sensiblement confondus en un point unique formant le centre de phase dudit dispositif, permettant audit dispositif de fonctionner comme source primaire pointant dans une direction donnée en réception et en émission, cette source primaire étant disposée au foyer de moyens de focalisation d'un système de réception/émission selon l'invention tels qu'une parabole ou une lentille électromagnétique.
Selon une variante non représentée de l'invention, au moins l'un des centres de phase peut être défocalisé pour émettre dans une direction autre que la direction de réception.
Les dispositifs selon l'invention peuvent également mis en oeuvre dans des constellations de satellites en orbites circulaires, notamment en orbite basse ("Low Earth Orbit" ou LEO en langue anglaise) ou en orbite moyenne ("Mid Earth Orbit" ou MEO en langue anglaise).
Comme précédemment souligné, le dispositif selon l'invention permet un rapport entre les fréquences centrales des bandes respectives d'émission et de réception inférieure ou égale à trois, avec un nombre petit de pastilles tel que 4, pour minimiser la complexité du dispositif.
A l'opposé, le dispositif de l'art antérieur cité dans le préambule de la présente demande ne permet pas de recevoir et d'émettre dans des bandes de fréquence Fb et Fh respectivement de réception et d'émission suffisamment proches si on considère un nombre de quatre éléments rayonnants. En effet, si l'on note d1 la distance séparant deux éléments rayonnants symétriquement opposés par rapport au centre de phase, d2 le diamètre du cornet, Lb, resp. Lh les longueurs d'onde correspondants aux fréquences Fb et Fh, pour obtenir des illuminations équivalentes aux deux fréquences on doit avoir typiquement : d1 = 0. 8 x Lb (Cf "Microstrip feeds for prime focus fed reflector antennas" de IEE Proceedings, Vol.134, PT.H, No.2, April 1 987, p.1 90), d2 = 1 .5 x Lh (Cf "Antenna engineering Book" Second édition de Richard C. Johnson, McGraw-Hill Book Company, Chapitre 1 5), Par ailleurs, pour des raisons d'encombrement physique, on doit avoir typiquement D = 0.6 x d, ce qui permet de trouver :
Fh/Fb = Lb/Lh = 1 .5/0.48 = 3.125. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits. C'est ainsi que le guide peut être choisi rectangulaire si une polarisation est à privilégier par rapport à l'autre. En outre, les pastilles 29, , 292, 293, 29 , 30, , 302, 303, 304 peuvent être circulaires ou rectangulaires. On peut imaginer également d'autres formes d'éléments rayonnants et d'autres configurations desdits éléments, telles que celle selon laquelle les quatre pastilles plates 29,, 292, 293, 294 sont gravées sur la face supérieure 282 de la plaquette 17 tournée vers l'epace où les ondes sont rayonnées.
De même, la différence de longueur ΔL peut être nulle. Bien qu'une seule configuration ait été décrite pour la structure des lignes microrubans de la plaque 1 6, il est évident qu'on pourrait envisager d'autres configurations.
Il est à souligner que les circuits de réception et d'émission du dispositif selon l'invention peuvent également être disposés sur une seule et même plaquette ayant la double fonction de support du circuit de réception et support du circuit d'émission. Dans ce cas, lesdits circuits sont agencés de manière à éviter tout couplage électromagnétique entre le circuit de réception et le circuit d'émission. De surcroît, les croisements éventuels entre les lignes d'excitation du circuit de réception et celles du circuit d'émission seraient effectués, par exemple, par des ponts.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif de réception/émission d'ondes électromagnétiques, comprenant un corps ( 1 8), caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison : - une plaquette de réception (1 6) incorporée dans le corps (18), comprenant un premier réseau de n éléments rayonnants (30, , 302, 303, 304) de structure microruban pour la réception d'ondes électromagnétiques dans une première bande de fréquence, des moyens d'émission (1 9, 20, 22, 23, 24) d'ondes électromagnétiques à rayonnement longitudinal définissant un axe de rayonnement pour l'émission d'ondes électromagnétiques dans une deuxième bande de fréquence, lesdits moyens comportant des moyens d'excitation (24) pour exciter des moyens de rayonnement longitudinal (1 9, 20, 22, 23), lesdits moyens d'émission étant sensiblement de section constante dans le corps ( 1 8), coupant perpendiculairement la plaquette de réception ( 1 6) en une ouverture circulaire autour de laquelle sont disposés de manière symétrique lesdits éléments rayonnants (30, , 302, 303, 304), lesdits moyens de réception et d'émission étant agencés de sorte que leurs centres de phase respectifs soient sensiblement disposés dans une zone dite de focalisation.
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ladite zone de focalisation est réduite à un point formant centre de phase dudit dispositif.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de rayonnement comportent une tige (1 9) de diélectrique à rayonnement longitudinal d'axe confondu à l'axe de rayonnement d'émission.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens d'excitation comportent un guide d'onde (24).
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de rayonnement comportent un dispositif en hélice comprenant un ensemble de spires (41 ).
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens d'excitation comportent une ligne coaxiale (42).
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que n est égal à 4.
8. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 4, caractérisé en ce que ladite tige de diélectrique est conformé en un cylindre d'extrémités coniques.
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdits moyens d'excitation sont couplés à une plaquette d'émission (27) à microrubans agencée dans une section droite des moyens d'excitation dans le corps pour l'émission d'ondes électromagnétiques.
1 0. Dispositif selon la revendication 1 à 5 couplée à la revendication 9 ou selon la revendication 8 couplée à la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un couple de sondes (280, , 2802) disposées sur la plaquette d'émission (27) et à angle droit l'une par rapport à l'autre et aptes à émettre des ondes polarisées orthogonalement.
1 1 . Dispositif selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que la plaquette d'émission (27) à microrubans comporte un circuit de conversion de fréquences.
1 2. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 1 1 , caractérisé en ce que la plaquette de réception (1 6) à microrubans comporte un circuit de conversion de fréquences.
1 3. Dispositif selon la revendication 1 1 associée à 1 2, caractérisé en ce qu'il comporte une plaquette intermédiaire (37) comprenant au moins une partie du circuit de conversion de fréquences associé à îa plaquette de réception (1 6) et/ou à la plaquette d'émission (27).
14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'une plaquette auxiliaire (17) est associée parallèlement à la plaquette de réception (1 6) et comporte un second réseau comprenant une pluralité d'éléments rayonnants (29, , 292, 293, 294) en regard respectivement de la pluralité d'éléments rayonnants (30, , 302, 303, 304) du premier réseau et de fréquence de résonance (F0') voisine de celle (F0) du premier réseau de sorte que le couple de réseaux d'éléments rayonnants ((29, , 292, 293, 294), (30, , 302, 303, 304)) en regard l'un par rapport à l'autre est l'équivalent d'un seul réseau de largeur de bande élargie.
1 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit guide d'ondes ( 1 9, 24) est fermé par une cavité (242) quart d'ondes (λGT/4) de longueur égale au quart de la longueur d'onde (λGT) de l'onde guidée émise.
1 6. Système de réception/émission d'ondes électromagnétiques comportant des moyens de focalisation d'ondes, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un dispositif selon l'une des revendications précédentes.
1 7. Système selon la revendication 1 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de focalisation comportent un réflecteur (5), de préférence parabolique, et en ce que le dispositif est agencé de sorte que ladite zone de focalisation coincide sensiblement avec le foyer dudit réflecteur, ledit dispositif (1 5) fonctionnant ainsi comme source primaire du système.
1 8. Système selon la revendication 1 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de focalisation comportent une lentille électromagnétique et en ce que ledit dispositif est agencé de sorte que ladite zone de focalisation coincide sensiblement avec le foyer de ladite lentille électromagnétique, ledit dispositif fonctionnant ainsi comme source primaire du système.
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