EP1152483B1 - Elément rayonnant hyperfréquence bi-bande - Google Patents

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EP1152483B1
EP1152483B1 EP01400810A EP01400810A EP1152483B1 EP 1152483 B1 EP1152483 B1 EP 1152483B1 EP 01400810 A EP01400810 A EP 01400810A EP 01400810 A EP01400810 A EP 01400810A EP 1152483 B1 EP1152483 B1 EP 1152483B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
guide
radiating element
polarizer
element according
band
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP01400810A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP1152483A1 (fr
Inventor
Michel Gomez-Henry
Gérard Caille
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alcatel Lucent SAS
Original Assignee
Alcatel Lucent SAS
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Filing date
Publication date
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Publication of EP1152483A1 publication Critical patent/EP1152483A1/fr
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Publication of EP1152483B1 publication Critical patent/EP1152483B1/fr
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H01Q5/47—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 with a coaxial arrangement of the feeds

Definitions

  • the present invention relates to a radiating element operating in two bands or two distinct and circularly polarized subbands in the context, for example, of radar type applications or of satellite telecommunications in the microwave domain.
  • this type of radiating element is more particularly intended to be integrated in an antenna disposed on board a satellite or on the ground to allow communication between the different sets of the system.
  • a radar source capable of emitting at least two frequencies, for example to have a high resolution thanks to a high frequency, and a long range via a low frequency.
  • This radar source employs four waveguides surrounding a fifth guide.
  • the four peripheral guides are able, for example, to operate according to the Ku band centered on 16 GHz and the central guide in X band centered on 10 GHz.
  • an antenna comprising such a source is intended to operate in an extreme frequency ratio greater than or equal to 6, a ratio that does not impose significant operating constraints due to the difference existing between the extreme frequencies.
  • planar antennas in a frequency ratio of between 1.22 and 2 causes, due in particular to their compactness, significant losses due to the coupling of the elements working in high and low bands.
  • the document EP-A-0 443 526 discloses a microwave element according to the preamble of claim 1 and the document US-A-5,258,768 discloses a polarizer.
  • the object of the present invention is to overcome these drawbacks by proposing a reduced-band dual-band microwave radiating element with only low losses, the circular polarization being generated by the radiating part of the antenna itself. without having to provide additional circuit such as a hybrid coupler for example.
  • a microwave radiating element comprising first and second means able to convey electromagnetic waves respectively to a first and a second frequency band, is characterized in that the first and second means are coaxial, the first means comprising a hollow and metallic waveguide adapted to receive the second means coaxially.
  • the second means also comprise a hollow waveguide and metal.
  • the second means comprise a guide comprising a core and a sheath both made of dielectric material, said dielectric guide being, for example, a microwave fiber capable of propagating only the hybrid mode H11.
  • the waveguides constituting the first and second means comprise, each at their end and nested one inside the other, a polarizer, the geometry of the polarizers being such that the polarization of the waves electromagnetic is circular.
  • the polarizers have a cross section of rectangular or elliptical shape.
  • the geometry of the dielectric guide is such that the polarization of the electromagnetic waves is circular.
  • the core of the dielectric guide comprises an extension emerging from the sheath of said guide and having a cross section of elliptical, rectangular or ellipsoidal shape.
  • the figure 1 is a schematic perspective view of a first embodiment of a radiating element 1 according to the invention.
  • the radiating element 1 comprises a first excitation access 2 generating the wave intended to be propagated.
  • the excitation access 2 is, in the mode of realization of the figure 1 , of coaxial type, comprising a tubular peripheral portion 2a and a central portion 2b, cylindrical and disposed in the center of the peripheral portion 2a (see figures 2 and 3 ).
  • excitation access 2 could use any other known excitation technique such as triplate and other, or be constituted by another guide.
  • the excitation access 2 is connected, via the central portion 2b and in known manner, to a first end of a first power waveguide 3 able to operate, for example, in the band Ka around 30 GHz, and more exactly between 27.6 and 29 GHz.
  • the feed guide 3 perpendicular to the excitation port 2 and having an elongated hollow longitudinal axis shape Z, with a rectangular cross-section, makes it possible to propagate the polarized electromagnetic waves. linearly.
  • the guide 3 comprises, in its extension in the direction of the Z axis of the guide 3, a transition section composed of an adaptation transformer. 4.
  • the adaptation transformer 4 consists of a hollow guide having a section of shape identical to that of the guide 3 but of larger dimensions, except the longitudinal direction parallel to the Z axis.
  • the guide 3 is centered and aligned on the matching transformer 4, the different faces constituting the guide 3 and the matching transformer 4 being parallel to each other.
  • polarizer 5 working at 30 GHz, also hollow, parallelepiped, of rectangular cross-section and of larger dimensions than that of the matching transformer 4.
  • the polarizer 5 is angularly offset by 45 degrees about the Z axis relative to the matching transformer 4 which is itself in alignment with the guide 3.
  • the polarizer 5 here of rectangular section, may also be of elliptical shape in order to obtain the circular polarization of the signal.
  • These three elements, the guide 3, the matching transformer 4 as well as the polarizer 5, are, for example, metal and end-to-end, at one of their faces, by any known technique such as welding, machining, electroerosion or made by molding.
  • transition sections such as the matching transformer 4 may be provided in the embodiment shown in FIGS. Figures 1 to 3 between the guide 3 and the polarizer 5.
  • the first guide 3 is arranged, coaxially, inside a second feed guide 6, hollow and of substantially rectangular section but of larger dimensions than those of the first guide 3.
  • the respective faces of the guides 3 and 6 are parallel to each other.
  • the second guide 6 comprises, on one of its larger faces, a slight recess inwardly forming a groove 6a of rectangular section and parallel to the axis Z of the guide 3.
  • This groove 6a also called “ridge” limits the propagation of electromagnetic waves carried by the guide having such a groove 6a in the single fundamental mode.
  • a guide comprising such a ridge 6a is said riddled guide.
  • the second guide 6, shorter than the first guide 3 in the direction of the Z axis, is associated with a second excitation port 7 of the coaxial type. Any other technique than coaxial is also possible.
  • the second guide 6 also works in the Ka band at around 20 GHz and for example between 17.8 and 19.2 GHz.
  • the first guide 3 is secured to the second guide 6 at the ridge 6a, the width of said ridge 6a corresponding to the width of the first guide 3.
  • the adaptation transformer 8 is a guide comprising a ridge 8a (rifled guide), whose cross section is of the same shape as that of the second feed guide 6 but of larger dimensions.
  • the ridges 6a and 8a are thus aligned and parallel to the Z axis of the first guide 3.
  • the matching transformer 8 is associated with a polarizer 9.
  • the polarizer 9 has a substantially rectangular cross section, large enough to contain, at least in part, the polarizer 5 of the high band.
  • the polarizer 9 is angularly offset by 45 degrees about the Z axis relative to the matching transformer 8 and the guide 6 so as to generate a circular polarization of the signal.
  • the polarizer 9 may have a different shape such as, for example, an elliptical cross section, capable of generating, from the linear polarization of the signal propagating in the guide 6 and the matching transformer 8, a circular polarization.
  • the geometry and the arrangement of the different parts of the radiating element 1 are such that the polarizers 5 and 9 are oriented in the same way, their respective faces being parallel to each other. This relative arrangement of the polarizers 5 and 9 makes it possible to obtain a circular polarization of the same direction for the two bands.
  • the polarizers 5 and 9 will be oriented relative to 90 °.
  • the radiating element 1 of the present invention makes it possible to obtain, according to the relative arrangement of the polarizers 5 and 9, four configurations different from circular polarization: right / right, right / left, left / right and left / left.
  • the figure 2 is a wired schematic perspective view of the radiating element of the figure 1 according to a different angle of view from that of the figure 1 , where the mutual orientation of the different pieces appears.
  • the radiating element 1 thus consists of a first and a second independent access coaxial circuit: the first compound of the excitation access 2, the supply guide 3, the adaptation transformer 4 and the polarizer 5 and working in the high band (30 GHz), the second circuit comprising the excitation access 7, the ruled power supply guide 6, the matching transformer 8 and the polarizer 5 and working in the low band (20 GHz) ).
  • the side view of the figure 3 shows again the relative disposition of the different parts of the radiating element, and in particular the relative position of the polarizers 5 and 9.
  • the polarizer 5 is largely contained in the polarizer 9, projecting only slightly in the direction of the Z axis. However, according to alternative embodiments, the polarizer 5 (30 GHz) can also be completely included or entirely outside the polarizer 9 (20 GHz).
  • the supply guides 3 and 6 open respectively, through the matching transformers 4 and 8, in the polarizers 5 and 9.
  • the radiating element 1 is therefore able to operate according to two different frequency bands, or more exactly two independent access subbands, one serving for transmission (high band), the other for receiving (band low).
  • the particular geometry of the radiating element 1 also makes it possible to obtain a circular polarization of the electromagnetic waves.
  • the figure 4 shows, in schematic perspective wire view, a second embodiment of a radiating element 1 according to the invention.
  • the difference with the first embodiment of the radiating element 1 is at the level of the high frequency circuit.
  • the high frequency element has a coaxial excitation access 2 identical to that of the embodiment of the Figures 1 to 3 associated with a first end of a metal feed guide 10 similar to the guide 3 of the preceding figures.
  • the guide 10 is of identical cross section to that of the guide 3 but of length (along the Z axis) lower.
  • the guide 10 is housed in the guide 6, at the ridge 6a, in the same way as the guide 3 in the Figures 1 to 3 .
  • the guide 10 stops substantially at the junction between the guide 6 and the matching transformer 8, any other configuration remaining possible.
  • the guide 10 is coupled in known manner to a microwave fiber 11 arranged in the extension of the guide 10.
  • the microwave fiber 11 is a dielectric guide axis coincident with the Z axis and propagating only hybrid mode H11 (fundamental mode).
  • the fiber 11 comprises, in the manner of an optical fiber, a cylindrical solid core 12 surrounded by a hollow sheath 13 of tubular form.
  • the core 12 and the sheath 13 may, for example, be mounted one inside the other in a tight fit, or slid with a fastening completed by gluing.
  • the microwave fiber is made in a known manner dielectric material of the type called "index jump", the sheath 13 having a relatively high index (minimum 10 for example) to ensure good confinement hybrid mode H11.
  • the index of the core 12 is slightly greater than that of the sheath 13.
  • the materials that can be used are for example: synthetic sapphire, Berilium oxide, alumina ...
  • the coupling between the guide 10 and the microwave fiber 11 is via the core 12 which has, at its end close to the excitation port 2, an extension 12a penetrating the guide 10.
  • This extension 12a is substantially conical shape flaring in the direction of the Z axis.
  • the microwave fiber 11 has a geometry that allows the generation of a circular polarization through the generation of two orthogonal modes H11.
  • the core 12 of the microwave fiber 11 extends outside the sheath 13 on the opposite side to that of the first extension 12a in a second extension 12b in shape, seen in cross section, elliptical.
  • the particular ellipsoidal shape (of large axis parallel to the Z axis) of the radiating portion 12b of the core 12 of the fiber 11 allows a generation of the circular polarization of the waves simply and without having to provide additional parts.
  • the part of the radiating element 1 working in high band is arranged coaxially in the hollow metal part working in low band.
  • the feed guide 10 and the microwave fiber 11 pass through the rusted feed guide 6, the adaptation transformer 8 and the polarizer 9.
  • the invention is not limited to the embodiments described in connection with the Figures 1 to 4 , other geometries or arrangements being conceivable for the various elements, in particular for the supply guides 3, 6, 10, the polarizers 5 and 9 or the fiber 11, in order to generate a circular polarization of the waves in the radiating element coaxial 1.
  • the invention makes it possible to obtain a dual-band radiating element having a small overall size, capable of generating a circular polarization without using complementary circuits, having an independent access for each sub-frequency band. and may have an operating frequency ratio of between 1.22 and 2.
  • This type of radiating element is particularly suitable for high frequencies, such as those of the Ka band for example.

Description

  • La présente invention concerne un élément rayonnant fonctionnant selon deux bandes ou deux sous-bandes distinctes et à polarisation circulaire dans le cadre, par exemple, d'applications du type radar ou de télécommunications par satellite dans le domaine des hyperfréquences.
  • Dans le cas des télécommunications, ce type d'élément rayonnant est plus particulièrement destiné à être intégré dans une antenne disposée à bord d'un satellite ou au sol afin de permettre la communication entre les différents ensembles du système.
  • L'exploitation de bandes de fréquences différentes ou de différentes plages d'une même bande, telle que dans la bande Ka 20/30 GHz par exemple, nécessite l'emploi de dispositifs rayonnants capables de fonctionner sur une bande très large.
  • Cette nécessité d'une bande de fréquence relativement large est encore plus flagrante lorsque l'élément rayonnant doit fonctionner selon deux sous-bandes de fréquences différentes pour l'émission et la réception.
  • En effet, dans ce cas, il importe que ces sous-bandes de fréquences soient relativement éloignées afin d'éviter que les signaux d'émission et de réception ne se perturbent mutuellement.
  • Or, les dispositifs rayonnants connus fonctionnant sur une bande relativement large sont volumieux, donc onéreux à fabriquer et complexes à mettre en oeuvre.
    De plus, ce type de dispositif à large bande possède, du fait de leur structure, une efficacité de surface relativement limitée.
  • On a été conduit, de manière connue, à développer des éléments rayonnants fonctionnant selon plusieurs bandes ou plusieurs sous-bandes d'une même bande de fréquence.
  • On connaît, par la demande de brevet européen EP-0 130 111 , une source radar capable d'émettre au moins deux fréquences, de manière par exemple à disposer d'une grande résolution grâce à une fréquence élevée, et d'une longue portée par l'intermédiaire d'une fréquence basse.
  • Cette source radar emploie quatre guides d'ondes entourant un cinquième guide.
  • Les quatre guides périphériques sont aptes, par exemple, à fonctionner selon la bande Ku centrée sur 16 GHz et le guide central en bande X centrée sur 10 GHz.
  • Cependant, un tel dispositif ne fonctionne que selon une polarisation linéaire, la polarisation circulaire nécessitant l'ajout d'un coupleur hybride qui entraîne une augmentation de la taille du dispositif ainsi que de son coût. De plus, les coupleurs hybrides à haute fréquence entraînent des pertes importantes dans le circuit.
  • De tels dispositifs connus nécessitent également un système d'alimentation volumineux et complexe pour assurer un rayonnement correct, ce qui induit un encombrement et un coût encore plus importants.
  • De plus, une antenne comportant une telle source est destinée à fonctionner selon un rapport de fréquences extrêmes supérieur ou égal à 6, rapport qui n'impose pas d'importantes contraintes de fonctionnement du fait de l'écart existant entre les fréquences extrêmes.
  • Cependant, dans le cas d'un rapport de fréquences extrêmes compris entre 1.22 et 2, une telle antenne n'est pas efficace du fait des interactions existant entre les différentes parties de l'antenne.
  • On connaît, en outre et notamment par la demande de brevet français 98 06200 , des antennes dites "planes" fonctionnant par l'intermédiaire de circuits du type circuits intégrés et permettant de ne pas employer de coupleur hybride.
  • Cependant, le fonctionnement des antennes planes dans un rapport de fréquences compris entre 1.22 et 2 entraîne, du fait notamment de leur compacité, d'importantes pertes dues au couplage des éléments travaillant en bandes haute et basse.
  • Le document EP-A-0 443 526 divulgue un élément hyperfréquence selon le préambule de la revendication 1 et le document US-A-5 258 768 divulgue un polarisateur.
  • Dans ce contexte, la présente invention a pour but de palier ces inconvénients en proposant un élément rayonnant hyperfréquence bi-bande de taille réduite et ne connaissant que de faibles pertes, la polarisation circulaire étant générée par la partie rayonnante de l'antenne elle-même sans avoir à prévoir de circuit additionnel tel qu'un coupleur hybride par exemple.
  • A cette fin, selon l'invention, un élément rayonnant hyperfréquence comportant des premiers et des seconds moyens aptes à véhiculer des ondes électromagnétiques respectivement à une première et une seconde bandes de fréquences, est caractérisé en ce que les premiers et seconds moyens sont coaxiaux, les premiers moyens comportant un guide d'ondes creux et métallique apte à recevoir les seconds moyens de manière coaxiale.
  • Selon une première forme de réalisation, les seconds moyens comportent également un guide d'ondes creux et métallique.
  • Selon une seconde forme de réalisation, les seconds moyens comportent un guide comprenant un coeur et une gaine tous deux en matériau diélectrique, ledit guide diélectrique étant, par exemple, une fibre hyperfréquence apte à ne propager que le mode hybride H11.
  • Avantageusement, dans le premier mode de réalisation, les guides d'ondes constituant les premiers et seconds moyens comportent, chacun à leur extrémité et imbriqués l'un dans l'autre, un polariseur, la géométrie des polariseurs étant telle que la polarisation des ondes électromagnétiques est circulaire.
  • De préférence, les polariseurs présentent une section transversale de forme rectangulaire ou elliptique.
  • Selon une forme préférée du second mode de réalisation de l'élément rayonnant de l'invention, la géométrie du guide diélectrique est telle que la polarisation des ondes électromagnétiques est circulaire.
  • De préférence, le coeur du guide diélectrique comporte un prolongement émergeant de la gaine dudit guide et présentant une section transversale de forme elliptique, rectangulaire ou ellipsoïdale.
  • L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit se rapportant à un exemple de réalisation illustratif mais en aucun cas limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
    • La figure 1 est une vue schématique en perspective d'une première forme de réalisation d'un élément rayonnant selon l'invention ;
    • La figure 2 une vue schématique filaire en perspective de l'élément rayonnant de la figure 1 selon un autre angle de vue ;
    • La figure 3 est une vue de côté de l'élément rayonnant de la figure 1 ;
    • La figure 4 est une vue schématique en perspective d'une seconde forme de réalisation d'un élément rayonnant selon l'invention.
  • La figure 1 représente une vue schématique en perspective d'une première forme de réalisation d'un élément rayonnant 1 selon l'invention.
  • L'élément rayonnant 1 comporte un premier accès d'excitation 2 générant l'onde destinée à être propagée. L'accès d'excitation 2 est, dans le mode de réalisation de la figure 1, de type coaxial, comportant une partie périphérique tubulaire 2a et une partie centrale 2b, cylindrique et disposée au centre de la partie périphérique 2a (voir figures 2 et 3).
  • A noter que l'accès d'excitation 2 pourrait utiliser toute autre technique d'excitation connue telle que triplaque et autre, ou encore être constitué d'un autre guide.
  • L'accès d'excitation 2 est lié, par l'intermédiaire de la partie centrale 2b et de façon connue, à une première extrémité d'un premier guide d'ondes d'alimentation 3 apte à fonctionner, par exemple, dans la bande Ka aux environs de 30 GHz, et plus exactement entre 27.6 et 29 GHz.
  • Le guide d'alimentation 3 (ci-après guide 3), perpendiculaire à l'accès d'excitation 2 et présentant une forme de conduit creux et allongé d'axe longitudinal Z, à section transversale rectangulaire, permet de propager les ondes électromagnétiques polarisées linéairement.
  • A l'extrémité opposée de celle où se trouve l'accès d'excitation 2, le guide 3 comporte, dans son prolongement dans le sens de l'axe Z du guide 3, une section de transition composée d'un transformateur d'adaptation 4.
  • Le transformateur d'adaptation 4 est constitué d'un guide creux ayant une section de forme identique à celle du guide 3 mais de dimensions plus grandes, sauf la direction longitudinale parallèle à l'axe Z.
  • Le guide 3 est centré et aligné sur le transformateur d'adaptation 4, les différentes faces constituant le guide 3 et le transformateur d'adaptation 4 étant parallèles entre elles.
  • Dans le prolongement du transformateur d'adaptation 4 se trouve un polariseur 5, travaillant à 30 GHz, creux également, parallélépipédique, de section transversale rectangulaire et de dimensions plus importantes que celle du transformateur d'adaptation 4.
    Afin de générer la polarisation circulaire du signal, le polariseur 5 est décalé angulairement de 45 degrés autour de l'axe Z par rapport au transformateur d'adaptation 4 qui se trouve, lui, dans l'alignement du guide 3.
  • Le polariseur 5, ici de section rectangulaire, peut aussi bien être de forme elliptique afin d'obtenir la polarisation circulaire du signal.
  • Ces trois éléments, le guide 3, le transformateur d'adaptation 4 ainsi que le polariseur 5, sont, par exemple, métalliques et associés bout à bout, au niveau de l'une de leurs faces, par toute technique connue telle que soudure, usinage, électroérosion ou réalisés par moulage.
  • On notera, en outre, que plusieurs sections de transition telles que le transformateur d'adaptation 4 peuvent être prévues dans la forme de réalisation représentée aux figures 1 à 3, entre le guide 3 et le polariseur 5.
  • Le premier guide 3 est disposé, de manière coaxiale, à l'intérieur d'un second guide d'alimentation 6, creux et de section sensiblement rectangulaire mais de dimensions plus grandes que celles du premier guide 3. Les faces respectives des guides 3 et 6 sont parallèles entre elles.
  • Le second guide 6 comporte, sur l'une de ses faces les plus grandes, un léger décrochement vers l'intérieur formant une rainure 6a de section rectangulaire et parallèle à l'axe Z du guide 3.
  • Cette rainure 6a, appelé aussi "ridge", permet de limiter la propagation des ondes électromagnétiques transportées par le guide comportant une telle rainure 6a au seul mode fondamental.
  • Un guide comportant un tel ridge 6a est dit guide ridgé.
  • Le second guide 6, plus court que le premier guide 3 dans la direction de l'axe Z, est associé à un second accès d'excitation 7 du type coaxial. Toute autre technique que le coaxial est là aussi envisageable.
  • Le second guide 6 travaille également dans la bande Ka aux environs de 20 GHz et par exemple entre 17.8 et 19.2 GHz.
  • Le premier guide 3 est solidarisé au second guide 6 au niveau du ridge 6a, la largeur du dit ridge 6a correspondant à la largeur du premier guide 3.
  • Dans le prolongement du second guide d'alimentation 6 se trouve une section de transition composée d'un transformateur d'adaptation 8.
  • Le transformateur d'adaptation 8 est un guide comportant un ridge 8a (guide ridgé), dont la section transversale est de même forme que celle du second guide d'alimentation 6 mais de dimensions plus importantes.
  • Les ridges 6a et 8a sont ainsi alignés et parallèle à l'axe Z du premier guide 3.
  • Du côté opposé à celui où se trouve le second guide 6, le transformateur d'adaptation 8 est associé à un polariseur 9.
  • Le polariseur 9 présente une section transversale sensiblement rectangulaire, de dimensions suffisamment importantes pour contenir, au moins en partie, le polariseur 5 de la bande haute.
  • Comme le polarisateur 5, le polarisateur 9 est décalé angulairement de 45 degrés autour de l'axe Z par rapport au transformateur d'adaptation 8 et au guide 6 de manière à générer une polarisation circulaire du signal.
  • Le polariseur 9 peut présenter une forme différente comme, par exemple, une section transversale elliptique, capable de générer, à partir de la polarisation linéaire du signal se propageant dans le guide 6 et le transformateur d'adaptation 8, une polarisation circulaire.
  • Dans la forme de réalisation des figures 1 à 3, la géométrie et l'agencement des différentes parties de l'élément rayonnant 1 sont tels que les polariseurs 5 et 9 sont orientés de la même façon, leurs faces respectives étant parallèles entre elles. Cette disposition relative des polariseurs 5 et 9 permet d'obtenir une polarisation circulaire de même sens pour les deux bandes.
  • Cependant, dans le cas de polarisations circulaires opposées, les polariseurs 5 et 9 seront orientés relativement à 90°.
  • Ainsi, l'élément rayonnant 1 de la présente invention permet d'obtenir, selon la disposition relative des polariseurs 5 et 9, quatre configurations différentes de polarisation circulaire : droite/droite, droite/gauche, gauche/droite et gauche/gauche.
  • La figure 2 est une vue schématique filaire en perspective de l'élément rayonnant de la figure 1, selon un angle de vue différent de celui de la figure 1, où l'orientation mutuelle des différentes pièces apparaît.
  • L'élément rayonnant 1 est donc constitué d'un premier et d'un second circuits coaxiaux à accès indépendants : le premier composé de l'accès d'excitation 2, du guide d'alimentation 3, du transformateur d'adaptation 4 et du polariseur 5 et travaillant en bande haute (30 GHz), le second circuit comprenant l'accès d'excitation 7, le guide ridgé d'alimentation 6, le transformateur d'adaptation 8 et le polariseur 5 et travaillant en bande basse (20 GHz).
  • La vue de côté de la figure 3 montre de nouveau la disposition relative des différentes parties de l'élément rayonnant, et notamment la position relative des polariseurs 5 et 9.
  • Le polariseur 5 est en grande partie contenu dans le polariseur 9, ne dépassant que légèrement dans le sens de l'axe Z. Cependant, selon des variantes de réalisation, le polariseur 5 (30 GHz) peut également se trouver totalement inclus ou entièrement en dehors du polariseur 9 (20 GHz).
  • Les guides d'alimentation 3 et 6 débouchent quant à eux respectivement, par l'intermédiaire des transformateurs d'adaptation 4 et 8, dans les polariseurs 5 et 9.
  • L'élément rayonnant 1 est donc apte à fonctionner selon deux bandes de fréquences différentes, ou plus exactement deux sous-bandes à accès indépendants, l'une servant à l'émission (bande haute), l'autre servant à la réception (bande basse).
    La géométrie particulière de l'élément rayonnant 1 permet de plus d'obtenir une polarisation circulaire des ondes électromagnétiques.
  • La figure 4 montre, en vue schématique filaire en perspective, une seconde forme de réalisation d'un élément rayonnant 1 selon l'invention.
  • Les parties de l'élément rayonnant 1 identiques à celles de la première forme de réalisation des figures 1 à 3 portent les mêmes référence.
  • On retrouve ainsi la partie bande basse (20 GHz) complète de l'élément rayonnant 1 avec :
    • l'accès d'excitation 7,
    • le guide d'alimentation ridgé 6,
    • le transformateur d'adaptation 8 mais ne comportant pas de ridge,
    • le polariseur 9.
  • Outre l'absence de ridge sur le transformateur d'adaptation 8, la différence avec le premier mode de réalisation de l'élément rayonnant 1 se situe au niveau du circuit haute fréquence.
  • L'élément haute fréquence comporte un accès d'excitation coaxial 2 identique à celui de la forme de réalisation des figures 1 à 3 associé à une première extrémité d'un guide métallique d'alimentation 10 semblable au guide 3 des figures précédentes.
  • En effet, le guide 10 est de section transversale identique à celle du guide 3 mais de longueur (suivant l'axe Z) inférieure. Le guide 10 est logé dans le guide 6, au niveau du ridge 6a, de la même façon que le guide 3 dans les figures 1 à 3.
    Le guide 10 s'interrompt sensiblement au niveau de la jonction entre le guide 6 et le transformateur d'adaptation 8, toute autre configuration restant possible. Là, le guide 10 est couplé de manière connue à une fibre hyperfréquence 11 disposée dans le prolongement du guide 10.
  • La fibre hyperfréquence 11 est un guide diélectrique d'axe confondu avec l'axe Z et propageant uniquement le mode hybride H11 (mode fondamental).
  • La fibre 11 comporte, à la manière d'une fibre optique, un coeur plein cylindrique 12 entouré d'une gaine creuse 13 de forme tubulaire. Le coeur 12 et la gaine 13, peuvent être, par exemple, montés l'un dans l'autre selon un ajustement serré, ou glissant avec une solidarisation achevée par un collage.
  • Idéalement, la fibre hyperfréquence est réalisée de façon connue en matériau diélectrique du type dit "à saut d'indice", la gaine 13 présentant un indice relativement élevé (minimum 10 par exemple) afin d'assurer un bon confinement du mode hybride H11. Idéalement, l'indice du coeur 12 est légèrement supérieur à celui de la gaine 13.
  • Les matériaux pouvant être utilisés sont par exemple : le saphir synthétique, l'oxyde de Berilium, l'alumine...
  • Le couplage entre le guide 10 et la fibre hyperfréquence 11 se fait par l'intermédiaire du coeur 12 qui présente, à son extrémité proche de l'accès d'excitation 2, un prolongement 12a pénétrant dans le guide 10. Ce prolongement 12a est de forme sensiblement conique s'évasant dans la direction de l'axe Z.
  • De façon avantageuse et afin de se passer de l'emploi d'un polariseur pour la haute fréquence, la fibre hyperfréquence 11 présente une géométrie telle qu'elle permet la génération d'une polarisation circulaire grâce à la génération de deux modes orthogonaux H11.
  • Pour cela, le coeur 12 de la fibre hyperfréquence 11 se prolonge en dehors de la gaine 13 du côté opposé à celui du premier prolongement 12a en un second prolongement 12b de forme, vu en section transversale, elliptique.
  • Contrairement à la forme de la partie du coeur 12 qui se trouve entourée de la gaine 13, la forme particulière ellipsoïdale (de grand axe parallèle à l'axe Z) de la partie rayonnante 12b du coeur 12 de la fibre 11 permet une génération de la polarisation circulaire des ondes de façon simple et sans avoir à prévoir de pièces supplémentaires.
  • Comme pour la première forme de réalisation des figures 1 à 3, la partie de l'élément rayonnant 1 travaillant en bande haute se trouve disposée coaxialement dans la partie métallique creuse travaillant en basse bande.
  • Ainsi, le guide d'alimentation 10 et la fibre hyperfréquence 11 traversent le guide d'alimentation ridgé 6, le transformateur d'adaptation 8 ainsi que le polariseur 9.
  • L'invention ne se limite pas aux formes de réalisations décrites en liaison avec les figures 1 à 4, d'autres géométries ou agencements étant envisageables pour les différents éléments, notamment pour les guides d'alimentation 3, 6, 10, les polariseurs 5 et 9 ou la fibre 11, afin de générer une polarisation circulaire des ondes dans l'élément rayonnant coaxial 1.
  • Quelle que soit la géométrie adoptée, l'invention permet d'obtenir un élément rayonnant bi-bande présentant un encombrement réduit, apte à générer une polarisation circulaire sans faire appel à des circuits complémentaires, possédant un accès indépendant pour chaque sous-bande de fréquences et pouvant présenter un rapport de fréquence de fonctionnement compris entre 1.22 et 2.
  • Ce type d'élément rayonnant est particulièrement adapté aux hautes fréquences, comme celles de la bande Ka par exemple.

Claims (7)

  1. Elément rayonnant hyperfréquence (1) comportant des premiers et des seconds moyens aptes à véhiculer des ondes électromagnétiques respectivement à une première et une seconde bandes de fréquences, les premiers moyens comportant un guide d'ondes creux et métallique (6) apte à recevoir les seconds moyens de manière coaxiale, les seconds moyens comportant également un guide d'ondes creux et métallique (3), caractérisé en ce que les guides d'ondes (3, 6) constituant les premiers et seconds moyens comportent, chacun à leur extrémité et imbriqués l'un dans l'autre, un polariseur (5, 9).
  2. Elément rayonnant selon la revendication 1, dans lequel la géométrie des polariseurs (5, 9) est telle que la polarisation des ondes électromagnétiques est circulaire.
  3. Elément rayonnant selon la revendication 2, dans lequel les polariseurs (5, 9) présentent une section transversale de forme rectangulaire ou elliptique.
  4. Elément rayonnant selon la revendication 1, dans lequel les seconds moyens comportent un guide comprenant un coeur (12) et une gaine (13), tous deux en matériau diélectrique.
  5. Elément rayonnant selon la revendication 4, dans lequel le guide diélectrique est une fibre hyperfréquence (11) apte à ne propager que le mode hybride H11.
  6. Elément rayonnant selon l'une des revendications 1 ou 5, dans lequel la géométrie du guide diélectrique est telle que la polarisation des ondes électromagnétiques est circulaire.
  7. Elément rayonnant selon la revendication 6, dans lequel le coeur (12) du guide diélectrique comporte un prolongement (12b), hors de la gaine (13), présentant une section transversale de forme elliptique, rectangulaire ou ellipsoïdale.
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