EP2223388A1 - Array antenna with radiating elements distributed non-uniformly in subarrays - Google Patents

Array antenna with radiating elements distributed non-uniformly in subarrays

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Publication number
EP2223388A1
EP2223388A1 EP08869041A EP08869041A EP2223388A1 EP 2223388 A1 EP2223388 A1 EP 2223388A1 EP 08869041 A EP08869041 A EP 08869041A EP 08869041 A EP08869041 A EP 08869041A EP 2223388 A1 EP2223388 A1 EP 2223388A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna
network
radiating elements
ant
sub
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08869041A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christian Renard
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.)
Thales SA
Original Assignee
Thales SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
Publication of EP2223388A1 publication Critical patent/EP2223388A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H01Q21/22—Antenna units of the array energised non-uniformly in amplitude or phase, e.g. tapered array or binomial array

Definitions

  • the invention is directed to network antennas, and more particularly to so-called active network antennas.
  • the network antennas consist of identical radiating elements (or radiating sources).
  • the sources are equidistant. Moreover, these sources are powered with the same voltage value.
  • one applies to the set of radiating sources a uniform law of weighting. This law leads to obtaining a radiation pattern having high secondary lobes. It is recalled that a radiation pattern corresponds to the Fourier transform of the illumination law of the grating antenna which itself reflects the distribution of the light power of the antenna at different locations around the antenna.
  • An optimal law of illumination has regular growth between each end of the network antenna and its center.
  • the optimum of the light power is reached around the center of the linear array antenna.
  • the presence of secondary lobes of high amplitude in the radiation pattern of the antenna studied corresponds to a law of illumination far removed from an optimal law.
  • a so-called active network antenna comprises in its architecture a distributed amplification, that is to say that radiofrequency amplification elements are positioned between the entry point of the network antenna and the radiating elements constituting said network antenna.
  • These amplification elements are generally modules that can be used both in reception and in transmission. They sometimes include phase shift elements to point the beam emitted by the network antenna in directions other than normal to the network antenna.
  • the power that can be delivered by the aforementioned modules is limited by the technology. It can not exceed a certain level related to the saturation point of the amplification element.
  • the radiated power is limited by the sum of the powers delivered at the outputs of the radiofrequency amplification elements. At a given number of radio frequency amplification elements, it is preferable that these elements operate with a maximum output power, that is to say at saturation.
  • the output power of the modules is also identical.
  • the network antenna is cumbersome; it is necessary to add an additional channel to implant the network of radiating elements forming the antenna in question; the overall architecture of the network antenna is complexified; its mass and its cost of manufacture increase.
  • Another known technique for weighting the amplitude of the power radiated by the antenna is to form sub-networks of radiating elements.
  • the radiating elements are grouped in block, each block comprising more or fewer radiating elements.
  • Each of these sub-networks is powered via an amplifier, all the amplifiers used within the network antenna being identical.
  • the number of radiating elements in each sub-network varies according to the average power that we want the element radiating emanates in the case where the antenna operates in emission. Indeed, as each sub-network is connected to the same amplifier, the same voltage value is delivered to each sub-network. Consequently, the more radiating elements in the sub-network, the lower the power radiated by each of these elements.
  • the law of illumination obtained with this type of network antenna comprises steps or slots. For example, it may be low on a first portion of the antenna, move to a maximum value on a second portion of the antenna and then return to a low value on a last portion of the antenna.
  • This law of illumination implies a rise of the secondary lobes, which is particularly harmful for small network antennas.
  • the invention aims in particular to provide a solution to these problems.
  • An object of the invention is to propose a network antenna, in particular an active array antenna having a desired illumination law, in other words an optimal illumination law for the use made of the considered network antenna.
  • a network antenna comprising radiating elements distributed in sub-networks, the sub-networks being fed via substantially identical amplifiers operating at the same level as the transmission.
  • the radiating elements of the same subarray are non-uniformly distributed in space, the distance between two adjacent radiating elements being a function of the desired illumination law for said network antenna. and technical characteristics of subnets.
  • the difference between two radiating elements is proportional to the wavelength of the signal emitted by said network antenna.
  • the radiating elements are distributed according to the desired law while taking into account the technical characteristics of the sub-networks. This is a spatial weighting of the power emitted or received by the network antenna without modifying the power delivered by the amplifiers used for feeding the radiating elements.
  • a technical characteristic of a subnetwork may be the number of radiating elements it has.
  • the sub-networks located at the center of the network antenna have fewer radiating elements than the sub-networks at its ends.
  • the position of a radiating element of rank i within said array antenna can be determined so that the power density of said radiating element of rank i is substantially equal to the density power of a radiating element of rank i also incorporated within a network antenna having a uniform distribution of its radiating elements, and whose power transmitted or received by each radiating element corresponds to the desired illumination law.
  • the radiating elements can be arranged linearly.
  • the sub-networks can be distributed in two orthogonal directions.
  • FIG. 1 illustrates an illumination law of an active type network antenna according to the invention
  • FIG. 2 represents an example of a radiation pattern of a network antenna according to the invention.
  • the upper part of FIG. 1 represents an example of an illumination law of an antenna array ANT represented on the lower part, when the latter operates in transmission.
  • the law of illumination corresponds to the variation of the average power Pi, radiated by the different radiating elements of a network antenna according to
  • This variation is therefore a function of a distance (here in meters, m).
  • the illumination law represented passes from a very low value Pmin for the radiating element situated at the first end of the array antenna, to a maximum value Pmax at the center of the antenna, then goes back to the low value Pmin at the second end of the ANT network antenna.
  • the evolution from the minimum value Pmin to the maximum value Pmax and vice versa is gradual.
  • SR1 and SR4 arranged at the ends of the network antenna ANT each comprise four radiating elements, while the two subarrays of the center SR2 and SR3 respectively comprise two radiating elements.
  • each subnet SR1, SR2, SR3 and SR4 has its own spatial distribution of ELT radiating elements that it incorporates.
  • the general appearance of this spatial distribution internally to the subnetworks results in radiating elements narrower in the center of the ANT network antenna than at its ends and, in each subnetwork, narrower as one closer to the center of the ANT antenna.
  • This distribution makes it possible to obtain the illumination law represented on the upper part of FIG. 1.
  • Each sub-network SR1, SR2, SR3 and SR4 is supplied via a radio-frequency amplifier, respectively referenced as AMP1, AMP2, AMP3 and AMP4. connected to the ENT input of the ANT network antenna. These are able to function both during transmission and when receiving a signal from the network antenna ANT.
  • the different elements are coupled to each other via an electrical path CH forming an adder when the antenna ANT network
  • Each amplifier AMP1, AMP2, AMP3 and AMP4 delivers the same voltage value to the subnet to which it is connected, namely its saturation value.
  • the ANT network antenna Due to its subnetwork architecture, the ANT network antenna performs block weighting on the radiated power of its ELT radiators. To this is added a spatial distribution within each sub-network SR1, SR2, SR3 and SR4. Therefore, when the network antenna ANT operates in transmission, the local power density radiated (that is to say the power radiated per unit length, for example the meter, around the radiating element considered) by a radiating element ELT is function:
  • the ELT radiating elements belonging to a zone of the ANT network antenna, where these antennas are narrower have a greater weight than the other elements. More precisely, the position of each radiating element is calculated by considering the power density provided by an integrated radiating element within a passive network antenna.
  • a passive network antenna unlike an active network antenna, has no amplifier downstream of its radiating elements, which are in turn distributed regularly.
  • - Pi P 0 / Ni such that P 0 is the power supplied by the amplifier connected to the radiating element of rank i and Ni is the number of elements within the sub-network considered, and - Pondj is the power desired equivalent, corresponding to the application of the desired weighting law opposite the position corresponding to the element i of a network antenna whose radiating elements are evenly distributed.
  • Optimization can be performed, particularly at the locations of coupler type changes, i.e. at the junctions between two subnetworks. This optimization makes it possible to counter parasitic cleavages between two radiating elements, in particular between two radiating elements belonging to two adjacent ends of two distinct subnetworks. This optimization can be likened to a smoothing of the transmitted power (in the case of a transmission).
  • FIG. 2 An example of a radiation pattern obtained with a network antenna according to the invention is shown in FIG. 2.
  • the first secondary lobes LS are located approximately 22 dB below the main lobe LP.
  • the network antenna can be linear as for the example described above, but also be in two dimensions.
  • the position of the radiating elements is then defined in two orthogonal directions on the surface of the antenna.
  • the antenna can be considered as stacking (i.e., side-by-side mounting) of sub-network and space-weighted linear arrays in each sub-network as described above, or
  • the amplifiers are connected via dividers to two-dimensional sub-networks of radiating elements; in this case, it is considered a sub-surface area cutout and an adjustment of the position of the sources according to the two orthogonal directions on the surface of the network antenna.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

The invention relates to an array antenna (ANT) comprising radiating elements (ELT) distributed in subarrays (SR1, SR2, SR3, SR4), the subarrays being supplied via substantially identical amplifiers (AMP1, AMP2, AMP3, AMP4) operating at identical levels. The radiating elements (ELT) of a given subarray are distributed non-uniformly in space, the distance between two adjacent radiating elements being a function of the illumination law desired for said array antenna and of the technical characteristics of the subarrays (SR1, SR2, SR3, SR4).

Description

ANTENNE RESEAU AVEC ELEMENTS RAYONNANTS, REPARTIS NON UNIFORMEMENT EN SOUS-RESEAUX NETWORK ANTENNA WITH RADIANT ELEMENTS, NOT UNIFORMLY DISTRIBUTED IN SUB-NETWORKS
L'invention vise les antennes réseaux, et plus particulièrement les antennes réseaux dites actives.The invention is directed to network antennas, and more particularly to so-called active network antennas.
De manière générale, les antennes réseaux sont constituées d'éléments rayonnants (ou sources rayonnantes) identiques. Classiquement, dans le cas des antennes réseaux linéaires (c'est-à-dire ayant ses éléments rayonnants alignés), les sources sont équidistantes. Par ailleurs, ces sources sont alimentées avec la même valeur de tension. Autrement dit, on applique à l'ensemble des sources rayonnantes une loi de pondération uniforme. Cette loi conduit à l'obtention d'un diagramme de rayonnement présentant des lobes secondaires élevés. On rappelle qu'un diagramme de rayonnement correspond à la transformée de Fourier de la loi d'éclairement de l'antenne réseau qui elle-même traduit la répartition de la puissance lumineuse de l'antenne à différents endroits, autour de l'antenne.In general, the network antennas consist of identical radiating elements (or radiating sources). Conventionally, in the case of linear array antennas (that is to say having its radiating elements aligned), the sources are equidistant. Moreover, these sources are powered with the same voltage value. In other words, one applies to the set of radiating sources a uniform law of weighting. This law leads to obtaining a radiation pattern having high secondary lobes. It is recalled that a radiation pattern corresponds to the Fourier transform of the illumination law of the grating antenna which itself reflects the distribution of the light power of the antenna at different locations around the antenna.
Une loi d'éclairement optimale a une croissance régulière entre chaque extrémité de l'antenne réseau et son centre. L'optimum de la puissance lumineuse est atteint aux environs du centre de l'antenne réseau linéaire. La présence de lobes secondaires de forte amplitude dans le diagramme de rayonnement de l'antenne étudiée correspond à une loi d'éclairement très éloignée d'une loi optimale.An optimal law of illumination has regular growth between each end of the network antenna and its center. The optimum of the light power is reached around the center of the linear array antenna. The presence of secondary lobes of high amplitude in the radiation pattern of the antenna studied corresponds to a law of illumination far removed from an optimal law.
Dans les systèmes incorporant ce type d'antenne réseau, il est fréquent de préconiser des lobes secondaires faibles, par exemple à l'émission d'un signal. Cela permet d'éviter toute perte de puissance dans des directions angulaires autres que la direction utile de rayonnement (lobe principal de l'antenne) ou encore pour des raisons de pollution électromagnétique (lorsqu'une partie de la puissance du signal émis est dispersée dans une direction non souhaitée). Dans le cas où l'antenne fonctionne en récepteur, il est également préférable d'éviter la présence de lobes secondaires de forte amplitude au sein du diagramme de rayonnement, de manière à s'affranchir de tout risque de perturbation par des brouilleurs d'ondes intentionnels ou non. II est possible néanmoins de limiter l'amplitude de ces lobes secondaires en appliquant sur les sources de l'antenne réseau une pondération adaptée, à l'aide par exemple une loi de Gauss, de Taylor ou deIn systems incorporating this type of network antenna, it is common to recommend weak side lobes, for example at the emission of a signal. This avoids any loss of power in angular directions other than the useful direction of radiation (main lobe of the antenna) or for reasons of electromagnetic pollution (when part of the power of the emitted signal is dispersed in an unwanted direction). In the case where the antenna operates as a receiver, it is also preferable to avoid the presence of high amplitude secondary lobes in the radiation pattern, so as to overcome any risk of disturbance by wave jammers. intentional or not. It is nevertheless possible to limit the amplitude of these sidelobes by applying to the sources of the network antenna a suitable weighting, using for example a Gaussian law, Taylor's law or
Chebyshev, ces lois étant bien connues de l'homme du métier. Celles-ci impliquent une modulation de l'amplitude de la tension délivrée aux éléments rayonnants.Chebyshev, these laws being well known to those skilled in the art. These involve a modulation of the amplitude of the voltage delivered to the radiating elements.
Une antenne réseau dite active comporte dans son architecture une amplification distribuée, c'est-à-dire que des éléments d'amplification radiofréquences sont positionnés entre le point d'entrée de l'antenne réseau et les éléments rayonnants constituant ladite antenne réseau. Ces éléments d'amplification (ou amplificateurs) sont en général des modules pouvant être utilisés à la fois en réception et en émission. Ils comprennent parfois des éléments de déphasage pour pointer le faisceau émis par l'antenne réseau dans des directions autres que la normale à l'antenne réseau.A so-called active network antenna comprises in its architecture a distributed amplification, that is to say that radiofrequency amplification elements are positioned between the entry point of the network antenna and the radiating elements constituting said network antenna. These amplification elements (or amplifiers) are generally modules that can be used both in reception and in transmission. They sometimes include phase shift elements to point the beam emitted by the network antenna in directions other than normal to the network antenna.
A l'émission, la puissance pouvant être délivrée par les modules précités est limitée par la technologie. Elle ne peut dépasser un certain niveau lié au point de saturation de l'élément d'amplification.On transmission, the power that can be delivered by the aforementioned modules is limited by the technology. It can not exceed a certain level related to the saturation point of the amplification element.
Pour une antenne active, la puissance rayonnée est limitée par la somme des puissances délivrées en sorties des éléments d'amplification radiofréquences. A nombre éléments d'amplification radiofréquences donné, il est préférable que ces éléments fonctionnent avec une puissance de sortie maximale, c'est-à-dire à saturation.For an active antenna, the radiated power is limited by the sum of the powers delivered at the outputs of the radiofrequency amplification elements. At a given number of radio frequency amplification elements, it is preferable that these elements operate with a maximum output power, that is to say at saturation.
Pour une antenne réseau de type active constituée de modules identiques, la puissance de sortie des modules est également identique.For an active type network antenna consisting of identical modules, the output power of the modules is also identical.
Si une pondération de la loi d'éclairement est appliquée en modulant la puissance des éléments d'amplification radiofréquences, on réduit la puissance délivrée (en émission) par ceux situés aux extrémités de l'antenne réseau. Par conséquent, la pondération ainsi effectuée entraîne une perte de la puissance totale générée par l'antenne réseau.If a weighting of the illumination law is applied by modulating the power of the radio frequency amplification elements, the power delivered (in transmission) by those located at the ends of the antenna is reduced. network. Therefore, the weighting thus performed results in a loss of the total power generated by the network antenna.
Par ailleurs, pour une antenne réseau de type active en mode de réception, sa sensibilité est liée au gain de l'antenne réseau (donc à sa dimension) et au bruit généré par l'antenne réseau. Ce bruit doit donc être minimal. Si l'on effectue une pondération de la loi d'éclairement à l'aide d'atténuateurs positionnés en aval des amplificateurs, s'ensuit alors une augmentation du bruit généré par l'antenne réseau. La sensibilité de l'antenne est par conséquent diminuée. II est possible d'effectuer la pondération en question, de façon figée par un sommateur de signaux formant les voies utiles du réseau de l'antenne fonctionnant en tant que récepteur. Mais dans ce cas, le diviseur radiofréquence dédié à la répartition du signal lorsque l'antenne réseau fonctionne en émission, ne peut être utilisé pour la sommation des signaux lorsque l'antenne réseau est utilisée en tant que récepteur. Un circuit spécifiquement adapté à la réception de signaux doit alors être implanté au sein de l'antenne.Moreover, for an active type network antenna in reception mode, its sensitivity is related to the gain of the network antenna (and therefore to its size) and to the noise generated by the network antenna. This noise must therefore be minimal. If we weight the lighting law with attenuators positioned downstream of the amplifiers, then an increase in the noise generated by the network antenna. The sensitivity of the antenna is therefore decreased. It is possible to perform the weighting in question, frozen by a summator of signals forming the useful channels of the network of the antenna operating as a receiver. But in this case, the radio frequency divider dedicated to the distribution of the signal when the network antenna operates in transmission, can not be used for the summation of the signals when the network antenna is used as a receiver. A circuit specifically adapted to receiving signals must then be implanted within the antenna.
Ceci comporte de nombreux désavantages : l'antenne réseau est encombrante ; il est nécessaire d'ajouter une voie supplémentaire à implanter le réseau d'éléments rayonnants formant l'antenne considérée ; l'architecture globale de l'antenne réseau est complexifiée ; sa masse et son coût de fabrication augmentent.This has many disadvantages: the network antenna is cumbersome; it is necessary to add an additional channel to implant the network of radiating elements forming the antenna in question; the overall architecture of the network antenna is complexified; its mass and its cost of manufacture increase.
Une autre technique connue pour effectuer une pondération de l'amplitude de la puissance rayonnée par l'antenne est de former des sous- réseaux d'éléments rayonnants. En d'autres termes, on regroupe les éléments rayonnants en bloc, chaque bloc comprenant plus ou moins d'éléments rayonnants. Chacun de ces sous-réseaux est alimenté via un amplificateur, l'ensemble des amplificateurs utilisés au sein de l'antenne réseau étant identiques. Le nombre d'éléments rayonnants que comporte chaque sous-réseau varie en fonction de la puissance moyenne que l'on souhaite que l'élément rayonnant dégage dans le cas où l'antenne fonctionne en émission. En effet, comme chaque sous-réseau est relié au même amplificateur, la même valeur de tension est délivrée à chaque sous-réseau. Par conséquent, plus le sous- réseau comporte d'éléments rayonnants, plus la puissance rayonnée par chacun de ces éléments est faible.Another known technique for weighting the amplitude of the power radiated by the antenna is to form sub-networks of radiating elements. In other words, the radiating elements are grouped in block, each block comprising more or fewer radiating elements. Each of these sub-networks is powered via an amplifier, all the amplifiers used within the network antenna being identical. The number of radiating elements in each sub-network varies according to the average power that we want the element radiating emanates in the case where the antenna operates in emission. Indeed, as each sub-network is connected to the same amplifier, the same voltage value is delivered to each sub-network. Consequently, the more radiating elements in the sub-network, the lower the power radiated by each of these elements.
Cependant, la loi d'éclairement obtenue avec ce type d'antenne réseau comporte des marches ou créneaux. Par exemple, celle-ci peut être faible sur une première portion de l'antenne, passer à une valeur maximale sur une deuxième portion de l'antenne puis repasser à une valeur faible sur une dernière portion de l'antenne. Cette loi d'éclairement implique une remontée des lobes secondaires, ce qui est particulièrement néfaste pour des antennes réseaux de petite dimension.However, the law of illumination obtained with this type of network antenna comprises steps or slots. For example, it may be low on a first portion of the antenna, move to a maximum value on a second portion of the antenna and then return to a low value on a last portion of the antenna. This law of illumination implies a rise of the secondary lobes, which is particularly harmful for small network antennas.
L'invention vise notamment à apporter une solution à ces problèmes.The invention aims in particular to provide a solution to these problems.
Un but de l'invention est de proposer une antenne réseau, en particulier une antenne réseau active ayant une loi d'éclairement souhaitée, autrement dit une loi d'éclairement optimale pour l'utilisation faite de l'antenne réseau considérée.An object of the invention is to propose a network antenna, in particular an active array antenna having a desired illumination law, in other words an optimal illumination law for the use made of the considered network antenna.
A cet effet, il est proposé une antenne réseau comprenant des éléments rayonnants répartis en sous-réseaux, les sous-réseaux étant alimentés via des amplificateurs sensiblement identiques fonctionnant à niveau identique à l'émission.For this purpose, it is proposed a network antenna comprising radiating elements distributed in sub-networks, the sub-networks being fed via substantially identical amplifiers operating at the same level as the transmission.
Selon une caractéristique générale de l'invention, les éléments rayonnants d'un même sous-réseau sont répartis de manière non uniforme dans l'espace, la distance entre deux éléments rayonnants adjacents étant fonction de la loi d'éclairement souhaitée pour ladite antenne réseau et des caractéristiques techniques des sous-réseaux.According to a general characteristic of the invention, the radiating elements of the same subarray are non-uniformly distributed in space, the distance between two adjacent radiating elements being a function of the desired illumination law for said network antenna. and technical characteristics of subnets.
De préférence, l'écart entre deux éléments rayonnants est proportionnel à la longueur d'onde du signal émis par ladite antenne réseau.Preferably, the difference between two radiating elements is proportional to the wavelength of the signal emitted by said network antenna.
En d'autres termes, on répartit les éléments rayonnants en fonction de la loi souhaitée tout en tenant compte des caractéristiques techniques des sous-réseaux. On pondère ainsi spatialement la puissance émise ou reçue par l'antenne réseau sans modifier la puissance délivrée par les amplificateurs utilisés pour l'alimentation des éléments rayonnants.In other words, the radiating elements are distributed according to the desired law while taking into account the technical characteristics of the sub-networks. This is a spatial weighting of the power emitted or received by the network antenna without modifying the power delivered by the amplifiers used for feeding the radiating elements.
Par exemple, une caractéristique technique d'un sous-réseau peut être le nombre d'éléments rayonnants qu'il comporte. De préférence, les sous-réseaux localisés au centre de l'antenne réseau comportent moins d'éléments rayonnants que les sous-réseaux situés à ses extrémités.For example, a technical characteristic of a subnetwork may be the number of radiating elements it has. Preferably, the sub-networks located at the center of the network antenna have fewer radiating elements than the sub-networks at its ends.
Selon un mode de réalisation, la position d'un élément rayonnant de rang i au sein de ladite antenne réseau, i étant un entier, peut être déterminée de façon que la densité de puissance dudit élément rayonnant de rang i soit sensiblement égale à la densité de puissance d'un élément rayonnant également de rang i incorporé au sein d'une antenne réseau ayant une répartition uniforme de ses éléments rayonnants, et dont la puissance émise ou reçue par chaque élément rayonnant correspond à la loi d'éclairement souhaitée.According to one embodiment, the position of a radiating element of rank i within said array antenna, i being an integer, can be determined so that the power density of said radiating element of rank i is substantially equal to the density power of a radiating element of rank i also incorporated within a network antenna having a uniform distribution of its radiating elements, and whose power transmitted or received by each radiating element corresponds to the desired illumination law.
Selon un mode de réalisation, les éléments rayonnants peuvent être disposés linéairement.According to one embodiment, the radiating elements can be arranged linearly.
Selon un autre mode de réalisation, les sous-réseaux peuvent être répartis selon deux directions orthogonales. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée des modes de réalisation de l'invention nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels :According to another embodiment, the sub-networks can be distributed in two orthogonal directions. Other advantages and features of the invention will appear on examining the detailed description of the embodiments of the invention which are in no way limiting, and the appended drawings in which:
-la figure 1 illustre une loi d'éclairement d'une antenne réseau de type active selon l'invention ; et - la figure 2 représente un exemple d'un diagramme de rayonnement d'une antenne réseau selon l'invention.FIG. 1 illustrates an illumination law of an active type network antenna according to the invention; and FIG. 2 represents an example of a radiation pattern of a network antenna according to the invention.
On se réfère à la figure 1. La partie supérieure de la figure 1 représente un exemple de loi d'éclairement d'une antenne réseau ANT représentée sur la partie inférieure, lorsque celle-ci fonctionne en émission. La loi d'éclairement correspond à la variation de la puissance moyenne Pi, rayonnée par les différents éléments rayonnants d'une antenne réseau selonReferring to FIG. 1, the upper part of FIG. 1 represents an example of an illumination law of an antenna array ANT represented on the lower part, when the latter operates in transmission. The law of illumination corresponds to the variation of the average power Pi, radiated by the different radiating elements of a network antenna according to
FEUILLE RECTIFIEE (REGLE 91) ISA/EP l'invention, ici l'antenne réseau ANT illustrée sur la partie inférieure de la figure 1.RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA / EP the invention, here the network antenna ANT illustrated on the lower part of FIG.
Cette variation est donc fonction d'une distance (ici en mètre, m). La loi d'éclairement représentée passe d'une valeur très faible Pmin pour l'élément rayonnant situé à la première extrémité de l'antenne réseau, à une valeur maximale Pmax au centre de l'antenne, puis repasse à la valeur faible Pmin à la seconde extrémité de l'antenne réseau ANT. L'évolution de la valeur minimale Pmin à la valeur maximale Pmax et vice versa, se fait de façon progressive. L'antenne réseau ANT représentée sur la partie inférieure de la figureThis variation is therefore a function of a distance (here in meters, m). The illumination law represented passes from a very low value Pmin for the radiating element situated at the first end of the array antenna, to a maximum value Pmax at the center of the antenna, then goes back to the low value Pmin at the second end of the ANT network antenna. The evolution from the minimum value Pmin to the maximum value Pmax and vice versa is gradual. The ANT network antenna shown on the lower part of the figure
1 , comporte ici douze éléments rayonnants ELT identiques. Ils sont répartis en quatre sous-réseaux SR1 , SR2, SR3 et SR4. Les sous-réseaux SR1 et SR4 disposés aux extrémités de l'antenne réseau ANT comprennent chacun quatre éléments rayonnants, tandis que les deux sous-réseaux du centre SR2 et SR3 comprennent respectivement deux éléments rayonnants.1, here comprises twelve identical ELT radiating elements. They are divided into four subnets SR1, SR2, SR3 and SR4. The subnetworks SR1 and SR4 arranged at the ends of the network antenna ANT each comprise four radiating elements, while the two subarrays of the center SR2 and SR3 respectively comprise two radiating elements.
Comme on peut le voir sur la partie inférieure de la figure 1, l'espacement entre deux éléments rayonnant ELT n'est pas équidistant. Chaque sous-réseau SR1, SR2, SR3 et SR4 possède sa propre répartition spatiale des éléments rayonnants ELT qu'il incorpore. L'aspect général de cette répartition spatiale interne aux sous-réseaux aboutit à des éléments rayonnants plus resserrés au centre de l'antenne réseau ANT qu'à ses extrémités et, dans chaque sous-réseau, plus resserrés à mesure que l'on se rapproche du centre de l'antenne ANT. Cette répartition permet l'obtention de la loi d'éclairement représentée sur la partie supérieure de la figure 1. Chaque sous-réseau SR1 , SR2, SR3 et SR4 est alimenté via un amplificateur radiofréquence, respectivement référencé AMP1 , AMP2, AMP3 et AMP4, connectés en entrée ENT de l'antenne réseau ANT. Ces derniers sont aptes à fonctionner à la fois lors de l'émission et lors de la réception d'un signal par l'antenne réseau ANT. Les différents éléments sont couplés entre eux par l'intermédiaire d'un chemin électrique CH formant un sommateur lorsque l'antenne réseau ANTAs can be seen in the lower part of FIG. 1, the spacing between two radiating elements ELT is not equidistant. Each subnet SR1, SR2, SR3 and SR4 has its own spatial distribution of ELT radiating elements that it incorporates. The general appearance of this spatial distribution internally to the subnetworks results in radiating elements narrower in the center of the ANT network antenna than at its ends and, in each subnetwork, narrower as one closer to the center of the ANT antenna. This distribution makes it possible to obtain the illumination law represented on the upper part of FIG. 1. Each sub-network SR1, SR2, SR3 and SR4 is supplied via a radio-frequency amplifier, respectively referenced as AMP1, AMP2, AMP3 and AMP4. connected to the ENT input of the ANT network antenna. These are able to function both during transmission and when receiving a signal from the network antenna ANT. The different elements are coupled to each other via an electrical path CH forming an adder when the antenna ANT network
FEUILLE RECTIFIEE (REGLE 91) ISA/EP Les différents éléments sont couplés entre eux par l'intermédiaire d'un chemin électrique CH formant un sommateur lorsque l'antenne réseau ANT reçoit un signal, et en diviseur lorsque celle-ci émet un signal. On considère ici que les longueurs entre chaque sortie des amplificateurs et les éléments rayonnants auxquels ils sont reliés sont identiques. Chaque amplificateur AMP1 , AMP2, AMP3 et AMP4 délivre la même valeur de tension au sous- réseau auquel il est connecté, à savoir sa valeur de saturation.RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA / EP The various elements are coupled together via an electrical path CH forming a summator when the network antenna ANT receives a signal, and divider when it transmits a signal. It is considered here that the lengths between each output of the amplifiers and the radiating elements to which they are connected are identical. Each amplifier AMP1, AMP2, AMP3 and AMP4 delivers the same voltage value to the subnet to which it is connected, namely its saturation value.
En raison de son architecture en sous-réseaux, l'antenne réseau ANT opère une pondération par bloc sur la puissance rayonnée par ses éléments rayonnants ELT. A celle-ci est adjointe une répartition spatiale à l'intérieur de chaque sous-réseau SR1 , SR2, SR3 et SR4. De ce fait, lorsque l'antenne réseau ANT fonctionne en émission, la densité locale de puissance rayonnée (c'est-à-dire la puissance rayonnée par unité de longueur, par exemple le mètre, autour de l'élément rayonnant considéré) par un élément rayonnant ELT est fonction :Due to its subnetwork architecture, the ANT network antenna performs block weighting on the radiated power of its ELT radiators. To this is added a spatial distribution within each sub-network SR1, SR2, SR3 and SR4. Therefore, when the network antenna ANT operates in transmission, the local power density radiated (that is to say the power radiated per unit length, for example the meter, around the radiating element considered) by a radiating element ELT is function:
- de la puissance alimentant l'élément,- the power supplying the element,
- de la surface occupée par l'élément rayonnant considéré, celle-ci étant fonction de la distance aux éléments rayonnants voisins,the area occupied by the radiating element considered, this being a function of the distance to the neighboring radiating elements,
- du nombre d'éléments rayonnants total qu'incorpore le sous-réseau auquel il appartient.- the number of total radiating elements that incorporates the subnet to which it belongs.
Ainsi pour une puissance d'alimentation donnée, plus l'écartement entre l'élément rayonnant considéré et ses voisins est réduit et plus le sous- réseau incorporant l'élément rayonnant comprend un nombre faible d'éléments rayonnants, plus la densité locale de rayonnement est alors importante. On dit dans ce cas que les éléments rayonnants ELT possédant une densité locale de puissance rayonnée importante, sont affectés d'un poids plus important que celui des autres éléments.Thus, for a given power supply, the smaller the spacing between the radiating element in question and its neighbors, the more the sub-network incorporating the radiating element comprises a small number of radiating elements, plus the local radiation density. is important then. It is said in this case that the ELT radiating elements having a high local density of radiated power, are assigned a weight greater than that of the other elements.
De même, lorsque l'antenne réseau ANT fonctionne en réception, les éléments rayonnants ELT appartenant à une zone de l'antenne réseau ANT où ces derniers sont plus resserrés, possède un plus grands poids que les autres éléments. Plus précisément, la position de chaque élément rayonnant est calculée en considérant la densité de puissance apportée par un élément rayonnant intégrée au sein d'une antenne réseau passive. Une antenne réseau passive à l'inverse d'une antenne réseau active, ne comporte pas d'amplificateur en aval de ses éléments rayonnants, qui sont quant à eux répartis de façon régulière.Likewise, when the ANT network antenna is operating in reception, the ELT radiating elements belonging to a zone of the ANT network antenna, where these antennas are narrower, have a greater weight than the other elements. More precisely, the position of each radiating element is calculated by considering the power density provided by an integrated radiating element within a passive network antenna. A passive network antenna, unlike an active network antenna, has no amplifier downstream of its radiating elements, which are in turn distributed regularly.
Pour une antenne réseau considérée à l'émission, l'élément rayonnant de rang i, positionné au centre d'un segment de longueur Dj (correspondant au pas local du sous-réseau non-uniforme), il vient : OÙFor a network antenna considered on transmission, the radiant element of rank i, positioned at the center of a segment of length Dj (corresponding to the local pitch of the non-uniform subnetwork), it comes: OR
- D0 est le pas entre deux sources d'un réseau régulier,- D 0 is the step between two sources of a regular network,
- Pi=P0/Ni tel que P0 est la puissance fournie par l'amplificateur relié à l'élément rayonnant de rang i et Ni est le nombre d'éléments au sein du sous- réseau considéré, et - Pondj est la puissance équivalente souhaitée, correspondant à l'application de la loi de pondération souhaitée en regard de la position correspondant à l'élément i d'une l'antenne réseau dont les éléments rayonnants sont répartis uniformément. Une optimisation peut être effectuée, en particulier aux endroits des changements de type de coupleur, c'est-à-dire aux jonctions entre deux-sous-réseaux. Cette optimisation permet de contrecarrer les coupages parasites entre deux éléments rayonnants, en particulier entre deux éléments rayonnants appartenant à deux extrémités adjacentes de deux sous-réseaux distincts. Cette optimisation peut s'apparenter à un lissage de la puissance émise (dans le cas d'une émission).- Pi = P 0 / Ni such that P 0 is the power supplied by the amplifier connected to the radiating element of rank i and Ni is the number of elements within the sub-network considered, and - Pondj is the power desired equivalent, corresponding to the application of the desired weighting law opposite the position corresponding to the element i of a network antenna whose radiating elements are evenly distributed. Optimization can be performed, particularly at the locations of coupler type changes, i.e. at the junctions between two subnetworks. This optimization makes it possible to counter parasitic cleavages between two radiating elements, in particular between two radiating elements belonging to two adjacent ends of two distinct subnetworks. This optimization can be likened to a smoothing of the transmitted power (in the case of a transmission).
Un exemple de diagramme de rayonnement obtenu avec une antenne réseau selon l'invention, est représenté sur la figure 2. Les premiers lobes secondaires LS sont situés environ 22 dB en dessous du lobe principal LP. Bien entendu, l'antenne réseau peut être linéaire comme pour l'exemple décrit ci-avant, mais également être en deux dimensions. La position des éléments rayonnants est alors définie selon deux directions orthogonales sur la surface de l'antenne.An example of a radiation pattern obtained with a network antenna according to the invention is shown in FIG. 2. The first secondary lobes LS are located approximately 22 dB below the main lobe LP. Of course, the network antenna can be linear as for the example described above, but also be in two dimensions. The The position of the radiating elements is then defined in two orthogonal directions on the surface of the antenna.
Deux architectures sont alors possibles :Two architectures are then possible:
- la loi d'éclairement est séparable suivant ces deux directions orthogonales et les amplificateurs sont connectés via des diviseurs à des sous-réseaux linéaires d'éléments rayonnants. L'antenne peut être considérée comme l'empilage (c'est-à-dire un montage côte à côte) de réseaux linéaires découpés en sous-réseaux et à pondération spatiale dans chaque sous-réseau un tel que décrit ci- avant, outhe law of illumination is separable according to these two orthogonal directions and the amplifiers are connected via dividers to linear sub-networks of radiating elements. The antenna can be considered as stacking (i.e., side-by-side mounting) of sub-network and space-weighted linear arrays in each sub-network as described above, or
- les amplificateurs sont connectés via des diviseurs à des sous- réseaux bidimensionnels d'éléments rayonnants ; dans ce cas, on considère une découpe en sous-réseau surfacique et un ajustement de la position des sources suivant les deux directions orthogonales sur la surface de l'antenne réseau. the amplifiers are connected via dividers to two-dimensional sub-networks of radiating elements; in this case, it is considered a sub-surface area cutout and an adjustment of the position of the sources according to the two orthogonal directions on the surface of the network antenna.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Antenne réseau (ANT) comprenant des éléments rayonnants (ELT) répartis en sous-réseaux (SR1 , SR2, SR3, SR4), les sous-réseaux étant alimentés via des amplificateurs (AMP1 , AMP2, AMP3, AMP4) sensiblement identiques fonctionnant à niveau identique à l'émission, caractérisé par le fait que les éléments rayonnants (ELT) d'un même sous- réseau sont répartis de manière non uniforme dans l'espace, la distance entre deux éléments rayonnants adjacents étant fonction de la loi d'éclairement souhaitée pour ladite antenne réseau et des caractéristiques techniques des sous-réseaux (SR1 , SR2, SR3, SR4).1 - Network antenna (ANT) comprising radiating elements (ELT) divided into subnetworks (SR1, SR2, SR3, SR4), the subnetworks being powered via substantially identical amplifiers (AMP1, AMP2, AMP3, AMP4) operating at a level identical to the transmission, characterized in that the radiating elements (ELT) of the same subarray are non-uniformly distributed in the space, the distance between two adjacent radiating elements being a function of the distribution law. desired illumination for said network antenna and technical characteristics of the sub-networks (SR1, SR2, SR3, SR4).
2-Antenne réseau (ANT) selon la revendication précédente, dans lequel une caractéristique technique d'un sous-réseau est le nombre d'éléments rayonnants (ELT) qu'il comporte. 3- Antenne réseau (ANT) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les sous-réseaux localisés au centre de l'antenne réseau comportent moins d'éléments rayonnants (ELT) que les sous-réseaux situés à ses extrémités.2-Antenna network (ANT) according to the preceding claim, wherein a technical characteristic of a sub-network is the number of radiating elements (ELT) that includes. 3- network antenna (ANT) according to one of the preceding claims, wherein the sub-networks located in the center of the antenna array have fewer radiating elements (ELT) than the sub-networks at its ends.
4 - Antenne réseau (ANT) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la position d'un élément rayonnant de rang i au sein de ladite antenne réseau (ANT), i étant un entier, est déterminée de façon que la densité de puissance dudit élément rayonnant de rang i soit sensiblement égale à la densité de puissance d'un élément rayonnant également de rang i incorporé au sein d'une antenne réseau ayant une répartition uniforme de ses éléments rayonnants, et dont la puissance émise ou reçue par chaque élément rayonnant correspond à la loi d'éclairement souhaitée.4 - Antenna network (ANT) according to one of the preceding claims, wherein the position of a radiating element of rank i within said antenna array (ANT), i being an integer, is determined so that the density of power of said radiating element of rank i is substantially equal to the power density of a radiating element also of rank i incorporated within a network antenna having a uniform distribution of its radiating elements, and whose power emitted or received by each radiating element corresponds to the desired illumination law.
5 - Antenne réseau (ANT) selon la revendication précédente, dans laquelle l'écart entre deux éléments rayonnants est proportionnel à la longueur d'onde du signal émis par ladite antenne réseau (ANT). 6- Antenne réseau (ANT) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les éléments rayonnants sont disposés linéairement.5 - Antenna network (ANT) according to the preceding claim, wherein the distance between two radiating elements is proportional to the wavelength of the signal transmitted by said antenna array (ANT). 6- network antenna (ANT) according to one of the preceding claims, wherein the radiating elements are arranged linearly.
7 - Antenne réseau (ANT) selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle les sous-réseaux sont répartis selon deux directions orthogonales. 7 - Antenna network (ANT) according to one of claims 1 to 5, wherein the sub-networks are distributed in two orthogonal directions.
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