EP2595245A1 - Antenne mobile directive à commutation de polarisation - Google Patents

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EP2595245A1
EP2595245A1 EP12193036.6A EP12193036A EP2595245A1 EP 2595245 A1 EP2595245 A1 EP 2595245A1 EP 12193036 A EP12193036 A EP 12193036A EP 2595245 A1 EP2595245 A1 EP 2595245A1
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EP
European Patent Office
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radiating elements
antenna according
polarization switching
configuration
antenna
Prior art date
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Application number
EP12193036.6A
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German (de)
English (en)
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EP2595245B1 (fr
Inventor
Régis Lenormand
Jean-François David
Jean-Luc Almeida
Alejandro Valero-Nogueria
José Ignacio Herranz-Herruzo
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
Publication of EP2595245A1 publication Critical patent/EP2595245A1/fr
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Publication of EP2595245B1 publication Critical patent/EP2595245B1/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/24—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the orientation by switching energy from one active radiating element to another, e.g. for beam switching
    • 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
    • H01Q13/22—Longitudinal slot in boundary wall of waveguide or transmission line
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/24—Polarising devices; Polarisation filters 
    • H01Q15/242—Polarisation converters
    • H01Q15/244—Polarisation converters converting a linear polarised wave into a circular polarised wave
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H01Q21/0037—Particular feeding systems linear waveguide fed arrays
    • H01Q21/0043—Slotted waveguides
    • H01Q21/005—Slotted waveguides arrays

Definitions

  • the slots are parallel to the longitudinal axis of the waveguides This embodiment allows a saving of space.
  • the means for supporting the radiating elements consist of a material that is transparent to radiofrequency waves.
  • the means for supporting the radiating elements comprise a plurality of parallel ribbons held above the openings, said ribbons being able to be arranged in two configurations, said ribbons being suitable for turn so as to place a first face of the ribbons facing the openings in the first configuration, and the opposite face of said ribbons opposite the openings in the second configuration.
  • the means for supporting the radiating elements comprise rollers and a flexible band arranged to be able to wrap around said rollers, the flexible band comprising a first part on which are attached adjacent radiating elements in a first direction, and a second portion on which are attached adjacent radiating elements oriented in a direction different from said first direction.
  • the figures 1a and 1b illustrate by diagrams of principle the antenna according to the invention.
  • the antenna 100 is seen from above.
  • Each of the waveguides 101, 102, 103 is supplied with radiofrequency signals 101a, 102a 103a and extends parallel to the Y axis.
  • the waveguides may be rectangular section guides.
  • Each waveguide 101, 102, 103 is pierced regularly by openings 110 in the form of rectangular slots preferably parallel to the waveguide, so as to reduce the dimensions of the antenna.
  • the antenna occupies an area of about 6 cm x 6 cm.
  • a radiating element 120 in the form of a dipole is placed above each opening 110, in a plane parallel to the plane in which the openings 110 are written.
  • the plane in which the dipoles are placed is advantageously located at a distance of between and a quarter of the wavelength of the signals transmitted in the waveguides so as to produce a field emerging from the aperture such as two orthogonal components of the same amplitude and phase shifted by 90 ° - that is, say a circularly polarized field - be obtained.
  • the choice of distance results in a phase difference of 90 °.
  • the dipoles 120 form, in top view, a non-zero angle and not perpendicular with the openings 110 formed in the waveguide 101, 102, 103.
  • the antenna according to the invention can take at least two configurations.
  • the figure 1a illustrates a first configuration of the antenna in which a first angle is formed between each of the openings 110 and the dipoles 120, this angle being equal, for example to 45 °.
  • This first angle can theoretically take any value between 0 ° and 90 °, values 0 ° and 90 ° being excluded.
  • the angle chosen may result from an analysis involving the lengths and widths of the slots and dipoles, as well as the distance between them and the permittivity of the surrounding medium.
  • the figure 1b illustrates a second configuration of the antenna in which the angle formed between the openings 110 and the dipoles 120 is equal to the opposite of the first angle.
  • the dipoles 120 placed above the openings 110 in the second configuration of the antenna 100 form, with the dipoles 120 placed above the openings 110 in the first configuration ( figure 1a ), an angle equal to twice the angle formed between the dipoles 120 of the first configuration and the openings 110.
  • the waveguides 203a, 203b extend parallel to each other. They can be supplied with signals from one end.
  • these waveguides 203a, 203b are of rectangular section. They are drilled in their upper part, so as to form slots 231.
  • the slots are oriented parallel to each other and in the longitudinal direction of the waveguides 203a, 203b.
  • the slots are placed identically from one waveguide 203a to the other 203b.
  • the slots 231 are preferably placed alternately on either side of the longitudinal central axis 233 of the waveguide so that the slots radiate in phase, so that forming an even grid of slots 231 over the entire surface of the antenna 200.
  • the brackets 205a, 205b are placed opposite one another on two opposite edges of the support means 201, parallel to the waveguides 203a, 203b.
  • Ribbon holding members 253a, 253b are mounted in pairs on each of the brackets, a first holding member being mounted on the first bracket 205a, a second holding member being mounted on the second bracket 205b, the two members facing each other. to each other so as to maintain the ribbons 251a, 251b at a predetermined distance above the waveguides 203a, 203b, the ribbons extending in a direction perpendicular to the waveguides.
  • the holding elements 253a, 253b are mounted so that they are able to rotate about an axis connecting two holding elements 253a, 253b of the same pair, that is to say by two holding elements supporting a same ribbon 251a.
  • the holding members 253a, 253b of the same pair can thus rotate in a coordinated manner to drive the ribbon they maintain in rotation about the longitudinal axis of the ribbon 251a.
  • the first holding member 253a of a pair is driven by controlled rotation means
  • the second holding member 253b is simply freely rotatable about an axis and driven under the effect of a rotation.
  • ribbon 251a is simply freely rotatable about an axis and driven under the effect of a rotation.
  • the controlled rotation means may comprise a set of two conical gears 255, 256 making it possible to transform a rotational movement about an orthogonal axis to the plane of the antenna 200 in a rotational movement about an axis parallel to the brackets 205a.
  • the first pinion 255 is for example integral with a rod 254 rotated by a motor (not shown in the figure).
  • the second pinion 256 drives a worm 257 adjacent the holding members 253a, 253b, thus allowing them to transmit the rotational movement, these holding elements having a prominent striated portion 258 protruding from the rear of the bracket 205b.
  • the support means 201 comprise a lower part 211 and an upper part 212, which is mounted so as to move along an axis orthogonal to the plane formed by the support means 201.
  • the lower part 211 and the part upper 212 are material plates adapted to move away from or toward each other by means of sliding means, comprising for example rods 254, cylinders, worm, or any other means to make vary the distance between the two parts 211, 212.
  • the upper portion 212 maintains a constant distance with the brackets 205a, 205b and the tapes 251a, 251b, the brackets 205a, 205b being fixed on this upper portion 212.
  • the lower portion 211 retains a constant distance with the waveguides 203a, 203b, the waveguides 203a, 203b being fixed on posts 214 secured to this lower part 211.
  • both parts 211, 212 move away, the brackets 205a, 205b and the ribbons 251a, 251b away from the waveguides 203a, 203b.
  • the upper portion 212 When a rotation of the ribbons 251a, 251b is to be performed, the upper portion 212 is remote from the lower portion 211, so as not to damage the ribbons 251a, 251b and / or the holding members 253a, 253b during the rotation , avoiding a collision of these elements with the waveguides 203a, 203b. Also, when the polarization of the antenna must switch, the upper portion 212 is detached from the lower portion 211 to allow the rotation of the ribbons 251a, 251b to proceed without damage, before bringing the two parts 211, 212 once again that the rotation has been carried out - the approximation may occur gradually once the rotation of a quarter of a turn has been made.
  • the upper portion 212 of the support means is moved away from the lower portion 211.
  • the rod 254 is rotated.
  • This rod 254 causes rotation of the first bevel gear 255, which transmits the rotational movement to the second bevel gear 256, which rotates the worm 257 to rotate the holding members 253a fixed to the bracket 205a, and accordingly the ribbons 251a, and the holding members 253b fixed on the opposite square 205b.
  • the figure 2e illustrates the first embodiment of the antenna when the rotation of the ribbons 251a, 251b is in progress.
  • the ribbons 251a, 251b are turning over.
  • the Figures 3a, 3b and 3c show a second embodiment of the antenna according to the invention.
  • the antenna 300 has waveguides 303 parallel to each other. Slots 331 are formed in the upper portion of the waveguides, similarly to those of the first embodiment shown in FIG. figure 2a .
  • a pivoting support 310 for example as illustrated by the detail of the figure 3a , rotatable about an axis orthogonal to the plane of the antenna 300 is disposed on each slot 331.
  • a dipole 320 is fixed on each of the pivoting supports 310, so as to be illuminated by the radio frequency signals passing through the slots 331.
  • the pivoting support 310 may be cylindrical and formed of a material transparent to radio frequency signals.
  • the antenna 300 takes at least two configurations, a first configuration, illustrated in FIG. figure 3a , in which the dipoles are oriented in a first direction, and a second configuration, illustrated in figure 3b , in which the dipoles are oriented in a second direction.
  • the two configurations of the antenna 300 correspond to different polarizations.
  • the rack 340 is replaced by a rod held in pressure against the pivoting supports 310, said rod having adhesion capabilities to the pivoting supports 310, said rod and said pivoting supports being for example formed of a rubbery material.
  • the antenna 400 also comprises a set of waveguides comprising slot-shaped openings 431, as well as drive means of the flexible band 401 in order to place this flexible band 401 over the slots 431 by matching the positions of the dipoles 420 and the positions of the slots 431.
  • the drive means may comprise two rollers 440 (the figure 4c has the antenna viewed from the top) placed opposite one another to wind or unroll the flexible band 401 above the waveguides.
  • the two rollers 440 can be placed on the edges of the antenna 400, similarly to the arrangement of the brackets (cf. figure 2a ) in the first embodiment described above.
  • the rollers 440 are activated to place the first portion 411 above the slots 431, to generate a first antenna bias.
  • the rollers 440 are activated to place the second portion 412 above the slots 431, to generate a second antenna bias.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

La présente invention concerne une antenne à commutation de polarisation comprenant une pluralité de guides d'ondes (203a, 203b) alimentés par des signaux radiofréquences et ajourés par des ouvertures (231) disposées pour éclairer des éléments rayonnants (252a, 252b) placés sur des moyens de support mobiles (251 a, 251 b) dans un plan distant desdites ouvertures, lesdits moyens de support pouvant être configurés selon au moins deux configurations distinctes, ladite antenne étant caractérisée en ce que les éléments rayonnants éclairés selon une même configuration sont adjacents, les moyens de support (251 a, 251 b) étant adaptés à orienter les éléments rayonnants éclairés dans une première configuration selon une direction différente des éléments rayonnants éclairés dans une deuxième configuration. L'invention s'applique notamment à la commutation d'antennes embarquées sur des mobiles au sol devant opérer des communications haut débit avec un satellite, en particulier un satellite géostationnaire.

Description

  • La présente invention concerne une antenne plane directive mobile à commutation de polarisation. Elle s'applique notamment à la commutation d'antennes embarquées sur des mobiles au sol devant opérer des communications haut débit avec un satellite, en particulier un satellite géostationnaire.
  • Afin d'assurer des communications entre un point fixe, par exemple un satellite géostationnaire, et un point mobile, par exemple un véhicule au sol, une antenne permettant de traquer le point fixe est disposée au niveau du mobile. Les contraintes à respecter par cette antenne sont sévères. Notamment, elle doit être configurée pour ne pas émettre dans d'autres directions des signaux avec une densité de puissance supérieure à un niveau réglementé, afin de ne pas perturber le service assuré par des satellites adjacents. Une précision relativement élevée dans le suivi du satellite doit donc être garantie avec ce type d'antenne. A titre d'exemple, pour une couverture du continent européen, le réflecteur d'une antenne au sol (ou sur porteur aérien) doit pouvoir être orientée selon un intervalle d'angles compris entre environ 10° en élévation pour l'Espagne et 60° pour l'Europe du nord, le réflecteur étant orientable à 360° selon l'angle azimut. Le réflecteur, d'un diamètre d'environ 60 à 70 cm doit ainsi bénéficier d'une grande liberté de mouvements et d'un système de commande fiable et précis, ce qui conduit à des antennes volumineuses et coûteuses. De plus, lorsque la polarisation des signaux est linéaire - si par exemple le satellite comprend une antenne à source unique de signaux -, l'antenne au sol doit être constamment alignée sur la direction de polarisation.
  • Afin de diminuer les contraintes à satisfaire par les antennes au sol et ainsi simplifier leur réalisation, une polarisation circulaire peut être employée à la place de la polarisation linéaire précitée, par exemple dans la bande Ka. A titre d'illustration, la bande de fréquence comprise entre 19,7 GHz et 20,2 GHz peut servir en réception au niveau du satellite, tandis que la bande comprise entre 29,5 GHz et 30 GHz peut être utilisée en émission, la couverture étant assurée par un ensemble de spots adjacents en circulation circulaire droite ou gauche.
  • Les satellites multifaisceaux couvrent un territoire avec une pluralité de spots configurés de telle sorte que les signaux émis sur deux spots voisins ne soient pas interférents. Aussi, la couverture d'un satellite comprend des spots ayant différentes fréquences de transmission et/ou différentes polarisations, deux spots voisins étant configurés de manière à ne pas avoir, à la fois, la même polarisation et la même fréquence de transmission. Les caractéristiques de fréquence et de polarisation des signaux émis sur un spot sont généralement désignées par l'expression « couleur de spot », deux spots voisins ayant donc des couleurs distinctes. A titre illustratif, avec deux polarisations différentes et deux fréquences de transmission différentes, quatre couleurs de spots peuvent être créées.
  • Les antennes embarquées sur des engins mobiles devant assurer une communication avec un satellite franchissent parfois une frontière entre deux spots. C'est le cas, par exemple, des antennes destinées à assurer une connexion internet à partir d'un aéronef ou d'un train. Lorsque l'antenne quitte la zone couverte par un premier spot configuré avec une première polarisation (par exemple circulaire droite) pour entrer dans la zone couverte par un deuxième spot configuré avec une deuxième polarisation (circulaire gauche), l'antenne doit commuter rapidement pour modifier sa polarisation d'émission et/ou de réception. En outre, les éléments rayonnants d'une antenne à formation de faisceaux doivent être suffisamment rapprochés les uns des autres pour éviter la formation de lobes de rayonnement latéraux, susceptibles de parasiter des systèmes de communication adjacents.
  • Une publication de Kwang-Seop Son et al, parue en 2006 dans « Proceedings of Asia-Pacific Microwave conference » sous le titre « Waveguide Slot Array In-Motion Antenna for Receiving both RHCP and LHCP using Single Layer Polarizer », divulgue une structure d'antenne comportant des sources de signaux excitant des polarisateurs alignés sur un film. Les polarisateurs sont agencés en alternance dans des sens opposés et les sources sont séparées du film de polarisateurs par une couche isolante en radiofréquences et pourvue d'une série de cavités placées en regard des polarisateurs de manière à ce qu'à un instant donné, un polarisateur sur deux soit éclairé par une source. Le film peut être actionné en translation de sorte que les cavités soient placées en regard des polarisateurs qui n'étaient pas éclairés précédemment. Ces polarisateurs étant orientés dans un sens différent des premiers polarisateurs, la polarisation des signaux émis par l'antenne est inversée. Cette antenne permet donc de réaliser une commutation entre deux polarisations différentes. Toutefois, elle comporte des inconvénients. En effet, sa structure impose une distance relativement élevée entre les éléments rayonnants, ce qui engendre des lobes latéraux trop importants dans le diagramme de rayonnement.
  • Un but de l'invention est de proposer une antenne à formation de faisceau électronique directive et compacte apte à commuter sa polarisation. A cet effet, l'invention a pour objet une antenne à commutation de polarisation comprenant une pluralité de guides d'ondes alimentés par des signaux radiofréquences et ajourés par des ouvertures disposées pour éclairer des éléments rayonnants placés sur des moyens de support mobiles dans un plan distant desdites ouvertures, lesdits moyens de support pouvant être configurés selon au moins deux configurations distinctes, ladite antenne étant caractérisée en ce que les éléments rayonnants éclairés selon une même configuration sont adjacents, les moyens de support étant adaptés à orienter les éléments rayonnants éclairés dans une première configuration selon une direction différente des éléments rayonnants éclairés dans une deuxième configuration. Les éléments rayonnants peuvent avoir une forme linéaire. L'antenne selon l'invention n'impose pas de distance entre les fentes rayonnantes, ce qui permet de respecter le critère de rejet des lobes de réseau en dehors d'une zone de balayage, même pour un balayage de +/-40°.
  • Selon un mode de réalisation de l'antenne selon l'invention, les éléments rayonnants éclairés selon la première configuration et les éléments rayonnants éclairés selon la deuxième configuration sont les mêmes, les moyens de supports étant adaptés à modifier leur orientation par rapport aux ouvertures. Ainsi, il n'est besoin que d'un seul élément rayonnant par ouverture et chacun des éléments rayonnants est éclairé via la même ouverture quelle que soit la configuration de polarisation.
  • Selon un mode de réalisation de l'antenne à commutation de polarisation selon l'invention, les guides d'ondes sont des guides à section rectangulaires, les ouvertures étant réparties, pour chacun des guides d'ondes, sur une face dudit guide d'ondes en alternance de part et d'autre de son axe médian longitudinal. Grâce à l'utilisation de guides d'onde creux, les pertes sont réduites ; l'efficacité ohmique est maximale.
  • Selon un mode de réalisation de l'antenne à commutation de polarisation selon l'invention, les ouvertures sont des fentes. Cette antenne est plus robuste que d'autres antennes planaires, telles que les antennes patch microstrip.
  • Selon un mode de réalisation de l'antenne à commutation de polarisation selon l'invention, les fentes sont parallèles à l'axe longitudinal des guides d'ondes Ce mode de réalisation permet un gain de place.
  • Selon un mode de réalisation de l'antenne à commutation de polarisation selon l'invention, les éléments rayonnants sont des dipôles. Les dipôles peuvent par exemple être formés d'une pièce métallique rectiligne.
  • Selon un mode de réalisation de l'antenne à commutation de polarisation selon l'invention, les éléments rayonnants sont placés au-dessus des ouvertures à une hauteur comprise approximativement entre le cinquième et le quart de la longueur d'onde des signaux radiofréquences transitant dans les guides d'ondes.
  • Selon un mode de réalisation de l'antenne à commutation de polarisation selon l'invention, les moyens de support des éléments rayonnants sont constitués d'un matériau transparent aux ondes radiofréquence.
  • Selon un mode de réalisation de l'antenne à commutation de polarisation selon l'invention, les moyens de support des éléments rayonnants comprennent plusieurs rubans parallèles maintenus au-dessus des ouvertures, lesdits rubans pouvant être agencés selon deux configurations, lesdits rubans étant aptes à se retourner de manière à placer une première face des rubans en regard des ouvertures dans la première configuration, et la face opposée desdits rubans en regard des ouvertures dans la deuxième configuration.
  • Selon un mode de réalisation de l'antenne à commutation de polarisation selon l'invention, les éléments rayonnants forment un angle non nul et non orthogonal avec l'axe longitudinal des rubans, les rubans étant aptes à entrer en rotation autour dudit axe longitudinal pour se retourner.
  • Selon un mode de réalisation de l'antenne à commutation de polarisation selon l'invention, les moyens de support des éléments rayonnants comprennent des éléments pivotant alignés selon plusieurs rangées, lesdits moyens de support comprenant, pour chacune desdites rangées, une tige attenante aux éléments pivotant de ladite rangée, ladite tige et lesdits éléments pivotant étant configurés de manière à ce qu'un mouvement de translation de ladite tige entraîne lesdits éléments pivotant en rotation. La tige peut par exemple être une crémaillère, les éléments pivotant étant des cylindres comportant des stries sur leur bord pour pouvoir être entraînés par ladite crémaillère. Ainsi, il n'est besoin que d'un seul élément rayonnant par ouverture et chacun des éléments rayonnants est éclairé via la même ouverture quelle que soit la configuration de polarisation.
  • Selon un mode de réalisation de l'antenne à commutation de polarisation selon l'invention, les moyens de support des éléments rayonnants comprennent des rouleaux et une bande souple agencée pour pouvoir s'enrouler autour desdits rouleaux, la bande souple comportant une première partie sur laquelle sont fixés des éléments rayonnants adjacents orientés dans une première direction, et une deuxième partie sur laquelle sont fixés des éléments rayonnants adjacents orientés dans une direction différente de ladite première direction.
  • D'autres caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description détaillée donnée à titre d'exemple et non limitative qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent :
    • la figure 1, un schéma de principe illustrant l'antenne selon l'invention ;
    • la figure 2a, un premier mode de réalisation de l'antenne selon l'invention vu en perspective;
    • la figure 2b, le premier mode de réalisation de l'antenne selon l'invention vu de côté ;
    • la figure 2c, le premier mode de réalisation de l'antenne selon l'invention vu de dessus ;
    • les figures 2d, 2e, et 2f, des illustrations de la phase de commutation du premier mode de réalisation de l'antenne selon l'invention, vu en perspective ;
    • les figures 3a, 3b et 3c, un deuxième mode de réalisation de l'antenne selon l'invention ;
    • les figures 4a, 4b et 4c, un troisième mode de réalisation de l'antenne selon l'invention.
  • Les figures 1a et 1b illustrent par des schémas de principe l'antenne selon l'invention. L'antenne 100 est vue de dessus. Chacun des guides d'ondes 101, 102, 103 est alimenté en signaux radiofréquences 101a, 102a 103a et s'étend parallèlement à l'axe Y. Les guides d'ondes peuvent être des guides à section rectangulaire. Chaque guide d'onde 101, 102, 103 est percé régulièrement par des ouvertures 110 en forme de fentes rectangulaires préférablement parallèles au guide d'onde, de manière à réduire les dimensions de l'antenne. A titre d'exemple, l'antenne occupe une surface d'environ 6 cm x 6 cm.
  • Un élément rayonnant 120 sous forme de dipôle est placé au-dessus de chaque ouverture 110, dans un plan parallèle au plan dans lequel sont inscrites les ouvertures 110. Le plan dans lequel sont placés les dipôles est avantageusement situé à une distance comprise entre le cinquième et le quart de la longueur d'onde des signaux transmis dans les guides d'ondes de manière à produire un champ issu de l'ouverture tel que deux composantes orthogonales de même amplitude et décalées en phase de 90° - c'est-à-dire un champ polarisé circulairement - soit obtenues. Le choix de la distance entraîne une différence de phase de 90°. Les dipôles 120 forment, en vue de dessus, un angle non nul et non perpendiculaire avec les ouvertures 110 formées dans le guide d'onde 101, 102, 103.
  • L'antenne selon l'invention peut prendre au moins deux configurations. La figure 1a illustre une première configuration de l'antenne dans laquelle un premier angle est formé entre chacune des ouvertures 110 et les dipôles 120, cet angle étant égal, par exemple à 45°. Ce premier angle peut théoriquement prendre n'importe quelle valeur comprise entre 0° et 90°, les valeurs 0 ° et 90° étant exclues. L'angle choisi peut résulter d'une analyse faisant intervenir les longueurs et largeurs des fentes et des dipôles, ainsi que la distance entre eux et la permittivité du milieu environnant. La figure 1b illustre une deuxième configuration de l'antenne dans laquelle l'angle formé entre les ouvertures 110 et les dipôles 120 est égal à l'opposé du premier angle. Autrement dit, les dipôles 120 placés au-dessus des ouvertures 110 dans la deuxième configuration de l'antenne 100 (figure 1b) forment, avec les dipôles 120 placés au-dessus des ouvertures 110 dans la première configuration (figure 1a), un angle égal au double de l'angle formé entre les dipôles 120 de la première configuration et les ouvertures 110.
  • Les figures 2a, 2b et 2c présentent un premier mode de réalisation de l'antenne selon l'invention, vu respectivement en perspective, de côté et de dessus. L'antenne 200 comporte des moyens de support 201 sur lesquels sont disposés des guides d'ondes 203a, 203b et deux équerres 205a, 205b supportant une pluralité de rubans rigides 251a, 251b au dessus des guides d'ondes 203a, 203b.
  • Les guides d'ondes 203a, 203b s'étendent parallèlement les uns aux autres. Ils peuvent être alimentés en signaux à partir d'une extrémité. Dans l'exemple, ces guides d'ondes 203a, 203b sont de section rectangulaire. Ils sont percés dans leur partie supérieure, de manière à former des fentes 231. Avantageusement, les fentes sont orientées parallèlement les unes aux autres et dans le sens longitudinal des guides d'ondes 203a, 203b. Dans l'exemple, les fentes sont placées à l'identique d'un guide d'onde 203a à l'autre 203b. De plus, dans chaque guide d'onde 203a, 203b, les fentes 231 sont de préférence placées en alternance de part et d'autre de l'axe médian longitudinal 233 du guide d'onde pour que les fentes rayonnent en phase, de manière à former une grille régulière de fentes 231 sur l'ensemble de la surface de l'antenne 200.
  • Les équerres 205a, 205b sont placées en regard l'une de l'autre, sur deux bords opposés des moyens de support 201, parallèlement aux guides d'ondes 203a, 203b. Des éléments de maintien 253a, 253b de rubans sont montés par paires sur chacune des équerres, un premier élément de maintien étant monté sur la première équerre 205a, un deuxième élément de maintien étant monté sur la deuxième équerre 205b, les deux éléments faisant face l'un à l'autre de manière à maintenir les rubans 251a, 251b à une distance prédéterminée au dessus des guides d'ondes 203a, 203b, les rubans s'étendant dans une direction perpendiculaire aux guides d'ondes. Les éléments de maintien 253a, 253b sont montés de sorte qu'ils sont aptes à tourner autour d'un axe reliant deux éléments de maintien 253a, 253b d'une même paire, c'est-à-dire par deux éléments de maintien supportant un même ruban 251a. Les éléments de maintien 253a, 253b d'une même paire peuvent ainsi tourner de manière coordonnée pour entraîner le ruban qu'ils maintiennent en rotation autour de l'axe longitudinal du ruban 251a. Dans l'exemple, le premier élément de maintien 253a d'une paire est entraîné par des moyens de rotation commandés, le second élément de maintien 253b est simplement en rotation libre autour d'un axe et entraîné sous l'effet d'une rotation du ruban 251a. Les moyens de rotation commandés peuvent comprendre un ensemble de deux pignons coniques 255, 256 permettant de transformer un mouvement de rotation autour d'un axe orthogonal au plan de l'antenne 200 en un mouvement de rotation autour d'un axe parallèle aux équerres 205a. Le premier pignon 255 est par exemple solidaire d'une tige 254 entraînée en rotation par un moteur (non représenté sur la figure). Le deuxième pignon 256 entraîne une vis sans fin 257 jouxtant les éléments de maintien 253a, 253b, permettant ainsi de leur transmettre le mouvement de rotation, ces éléments de maintien comportant une partie proéminente striée 258 dépassant à l'arrière de l'équerre 205b.
  • Des dipôles 252a, 252b sont disposés sur les rubans 251a, 251b de sorte à être positionnés au-dessus des fentes 231 formés dans les guides d'ondes 203a, 203b. Les rubans 251a, 251b sont transparents aux signaux radiofréquences de manière à ne pas perturber l'effet rayonnant des dipôles 252a, 252b.
  • Les moyens de support 201 comportent une partie inférieure 211 et une partie supérieure 212, laquelle est montée de manière à se déplacer selon un axe orthogonal au plan formé par les moyens de support 201. Dans l'exemple, la partie inférieure 211 et la partie supérieure 212 sont des plaques de matériau aptes à s'éloigner ou à se rapprocher l'une de l'autre grâce à des moyens de coulissage, comprenant par exemple des tiges 254, vérins, vis sans fin, ou tout autre moyen permettant de faire varier la distance entre les deux parties 211, 212. La partie supérieure 212 conserve une distance constante avec les équerres 205a, 205b et les rubans 251a, 251b, les équerres 205a, 205b étant fixées sur cette partie supérieure 212. La partie inférieure 211 conserve une distance constante avec les guides d'ondes 203a, 203b, les guides d'ondes 203a, 203b étant fixés sur des montants 214 solidaires de cette partie inférieure 211. Ainsi lorsque les deux parties 211, 212 s'éloignent, les équerres 205a, 205b et les rubans 251a, 251b s'éloignent des guides d'ondes 203a, 203b.
  • En fonctionnement normal de l'antenne 200, la partie inférieure 211 et la partie supérieure 212 sont accolées. La distance entre les fentes 231 et les rubans 251a, 251b est choisie de sorte que les signaux radiofréquences transitant à travers les fentes 231 excitent les dipôles et permettent ainsi de créer un réseau d'éléments rayonnants selon une polarisation donnée.
  • Lorsqu'une rotation des rubans 251a, 251b doit être effectuée, la partie supérieure 212 est éloignée de la partie inférieure 211, de manière à ne pas endommager les rubans 251a, 251b et/ou les éléments de maintien 253a, 253b lors de la rotation, en évitant une collision de ces éléments avec les guides d'ondes 203a, 203b. Aussi, lorsque la polarisation de l'antenne doit commuter, la partie supérieure 212 se détache de la partie inférieure 211 pour laisser la rotation des rubans 251a, 251b se dérouler sans dommage, avant de rapprocher de nouveau les deux parties 211, 212 une fois que la rotation a été effectuée - le rapprochement peut intervenir progressivement une fois que la rotation d'un quart de tour a été effectuée.
  • Les figures 2d, 2e, et 2f illustrent la phase de commutation du premier mode de réalisation de l'antenne selon l'invention, vu en perspective. Selon une première configuration de l'antenne 200, illustrée en figure 2d, les rubans 251a, 251b sont maintenus en position horizontale, l'ensemble des dipôles 252a, 252b étant orienté selon une direction donnée.
  • Lorsqu'une commutation de l'antenne 200 est effectuée, la partie supérieure 212 des moyens de support est déplacée pour l'éloigner de la partie inférieure 211. Une fois que les rubans 251a, 251b sont suffisamment distants des guides d'ondes 203a, 203b, la tige 254 est commandée en rotation. Cette tige 254 provoque la rotation du premier pignon conique 255, qui transmet le mouvement de rotation au deuxième pignon conique 256, lequel assure la rotation de la vis sans fin 257 pour faire tourner les éléments de maintien 253a fixés sur l'équerre 205a, et en conséquence les rubans 251a, et les éléments de maintien 253b fixés sur l'équerre opposée 205b. La figure 2e illustre le premier mode de réalisation de l'antenne lorsque la rotation des rubans 251a, 251b est en cours. Les rubans 251a, 251b sont en train de se retourner. La rotation est activée jusqu'à ce que la face supérieure des rubans 251a, 251b vienne remplacer la face inférieure. Avantageusement, les dipôles 252a, 252b sont centrés sur l'axe de rotation du ruban sur lequel ils sont fixés, de manière à ce que leur position dans la première configuration soit symétrique de leur position dans la deuxième configuration. Une fois la rotation accomplie, l'antenne 200 se trouve dans la deuxième configuration, illustrée par la figure 2f. L'orientation des dipôles 252a, 252b est alors modifiée puisque leur position subit une transformation par rapport à l'axe de symétrie formé par l'axe de rotation du ruban 251a, 251b. Du fait du changement de position des dipôles par rapport aux fentes au-dessus desquelles ils sont situés, la polarisation des signaux transmis par l'antenne est inversée. Ainsi, dans le cas de signaux à polarisation circulaire, le passage d'une configuration à l'autre de l'antenne permet de passer d'une circulation circulaire gauche à une circulation circulaire droite.
  • Contrairement à certaines antennes connues dans l'art antérieur, aucun élément n'est intercalé entre les dipôles, quelle que soit la configuration de l'antenne, ce qui permet de réduire l'espacement entre les dipôles. L'agencement des fentes et des dipôles permet ainsi d'obtenir une antenne comportant une densité élevée d'éléments rayonnants, tout en ayant la capacité de commuter sa polarisation.
  • Les figures 3a, 3b et 3c présentent un deuxième mode de réalisation de l'antenne selon l'invention. L'antenne 300 comporte des guides d'ondes 303 parallèles entre eux. Des fentes 331 sont formées dans la partie supérieure des guides d'ondes, similairement à celles du premier mode de réalisation présenté en figure 2a. Un support pivotant 310, par exemple tel qu'illustré par le détail de la figure 3a, apte à tourner autour d'un axe orthogonal au plan de l'antenne 300 est disposé sur chaque fente 331. Un dipôle 320 est fixé sur chacun des supports pivotant 310, de manière à être éclairé par les signaux radiofréquences transitant à travers les fentes 331. Le support pivotant 310 peut être cylindrique et formé d'une matière transparente aux signaux radiofréquences.
  • L'antenne 300 prend au moins deux configurations, une première configuration, illustrée en figure 3a, dans laquelle les dipôles sont orientés dans une première direction, et une deuxième configuration, illustrée en figure 3b, dans laquelle les dipôles sont orientés dans une deuxième direction. Les deux configurations de l'antenne 300 correspondent à des polarisations différentes.
  • L'orientation de dipôles disposés selon une rangée est commandée par une crémaillère 340 placée le long de cette rangée. Par exemple, une rangée 350 comportant des supports pivotants 310 placés au-dessus de guides d'ondes différents 303a, 303b, 303c est commandée par une crémaillère attenante aux supports pivotant et comportant des crans au moins au niveau des supports pivotants 310. Les supports pivotant 310, dans l'exemple cylindriques, comportent des stries sur leur paroi, de sorte que lorsque la crémaillère 340 est déplacée selon un mouvement de translation le long de la rangée 350, elle entraîne les supports pivotant 310 en rotation, et par conséquent les dipôles 320 qui y sont fixés. Une crémaillère différente peut être affectée à chaque rangée de dipôles, de manière à ce que des moyens d'entraînement entraînent la translation de l'ensemble desdites crémaillères, pour faire tourner tous les supports pivotant et ainsi modifier la configuration de polarisation de l'antenne. Avantageusement, l'antenne 300 est configurée pour que les translations de crémaillères 340 correspondent à une rotation d'un demi-tour des supports pivotant 310.
  • Selon un autre mode de réalisation de l'antenne, la crémaillère 340 est remplacée par une tige maintenue en pression contre les supports pivotant 310, ladite tige ayant des capacités d'adhérence aux supports pivotant 310, ladite tige et lesdits supports pivotant étant par exemple formés d'une matière caoutchouteuse.
  • Les figures 4a, 4b et 4c présentent un troisième mode de réalisation de l'antenne selon l'invention. L'antenne 400 comprend une bande souple 401 comportant deux parties séparées 411, 412. La première partie 411 et la deuxième partie comprennent des dipôles 420 en nombres égaux dans les deux parties 411, 412. Les dipôles 420 de la deuxième partie 412 sont placés de telle sorte que leurs centres de gravité respectifs pourraient se superposer aux centres de gravité des dipôles 420 de la première partie 411. Les orientations des dipôles sont identiques au sein d'une même partie 411, 412, mais sont différentes d'une partie à l'autre.
  • L'antenne 400 comprend également un ensemble de guides d'ondes comprenant des ouvertures en forme de fentes 431, ainsi que des moyens d'entraînement de la bande souple 401 afin de placer cette bande souple 401 au dessus des fentes 431 en faisant correspondre les positions des dipôles 420 et les positions des fentes 431. Les moyens d'entraînement peuvent comprendre deux rouleaux 440 (la figure 4c présente l'antenne vue du haut) placés en regard l'un de l'autre pour enrouler ou dérouler la bande souple 401 au dessus des guides d'ondes. Les deux rouleaux 440 peuvent être placés sur des bords de l'antenne 400, similairement à la disposition des équerres (cf. figure 2a) dans le premier mode de réalisation décrit plus haut.
  • Selon une première configuration de l'antenne 400, les rouleaux 440 sont activés pour placer la première partie 411 au dessus des fentes 431, afin de générer une première polarisation d'antenne. Selon une deuxième configuration de l'antenne 400, les rouleaux 440 sont activés pour placer la deuxième partie 412 au dessus des fentes 431, afin de générer une deuxième polarisation d'antenne.
  • La commutation d'antenne peut ainsi être déclenchée par l'activation motorisée des rouleaux dans un sens ou dans l'autre, afin de modifier l'orientation des dipôles éclairés par les signaux radiofréquences transitant par les fentes des guides d'ondes.
  • Un avantage de l'antenne selon l'invention est qu'elle n'impose pas de distance entre les fentes, ce qui permet de densifier le réseau d'éléments rayonnants et ainsi d'obtenir un diagramme de rayonnement directif.

Claims (12)

  1. Antenne à commutation de polarisation comprenant une pluralité de guides d'ondes (203a, 203b, 303) alimentés par des signaux radiofréquences et ajourés par des ouvertures (231, 331, 431) disposées pour éclairer des éléments rayonnants (252a, 252b, 320, 420) placés sur des moyens de support (251a, 251b, 310, 401) dans un plan distant desdites ouvertures, lesdits moyens de support pouvant être configurés selon au moins deux configurations distinctes, les éléments rayonnants éclairés selon une même configuration étant adjacents, ladite antenne étant caractérisée en ce que lesdits moyens de support (251a, 251b, 310, 401) sont mobiles et adaptés à orienter les éléments rayonnants éclairés dans une première configuration selon une direction différente des éléments rayonnants éclairés dans une deuxième configuration.
  2. Antenne à commutation de polarisation selon la revendication 1, dans laquelle les éléments rayonnants (252a, 252b, 320) éclairés selon la première configuration et les éléments rayonnants (252a, 252b, 320) éclairés selon la deuxième configuration sont les mêmes, les moyens de supports (251a, 251b, 310) étant adaptés à modifier leur orientation par rapport aux ouvertures (231, 331).
  3. Antenne à commutation de polarisation selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle les guides d'ondes (203a, 203b, 303) sont des guides à section rectangulaires, les ouvertures (231, 331, 431) étant réparties, pour chacun des guides d'ondes, sur une face dudit guide d'ondes en alternance de part et d'autre de son axe médian longitudinal (233).
  4. Antenne à commutation de polarisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les ouvertures (231, 331, 431) sont des fentes.
  5. Antenne à commutation de polarisation selon la revendication 4, dans laquelle les fentes sont parallèles à l'axe longitudinal (233) des guides d'ondes.
  6. Antenne à commutation de polarisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les éléments rayonnants sont des dipôles.
  7. Antenne à commutation de polarisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les éléments rayonnants sont placés au-dessus des ouvertures (231, 331, 431) à une hauteur comprise entre le cinquième et le quart de la longueur d'onde des signaux radiofréquences transitant dans les guides d'ondes (203a, 203b, 303).
  8. Antenne à commutation de polarisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les moyens de support (251a, 251b, 310, 401) des éléments rayonnants sont constitués d'un matériau transparent aux ondes radiofréquence.
  9. Antenne à commutation de polarisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les moyens de support des éléments rayonnants (252a, 252b, 320, 420) comprennent plusieurs rubans parallèles (251a, 251b) maintenus au-dessus des ouvertures (231), lesdits rubans pouvant être agencés selon deux configurations, lesdits rubans (251a, 251b) étant aptes à se retourner de manière à placer une première face des rubans (251a, 251b) en regard des ouvertures (231) dans la première configuration, et la face opposée desdits rubans en regard des ouvertures dans la deuxième configuration.
  10. Antenne à commutation de polarisation selon la revendication 9, dans laquelle les éléments rayonnants (252a, 252b) forment un angle non nul et non orthogonal avec l'axe longitudinal des rubans (251a, 251b), les rubans (251a, 251b) étant aptes à entrer en rotation autour dudit axe longitudinal (251a, 251b) pour se retourner.
  11. Antenne à commutation de polarisation selon l'une des revendications 1 à 8, dans laquelle les moyens de support des éléments rayonnants comprennent des éléments pivotant (310) alignés selon plusieurs rangées, lesdits moyens de support comprenant, pour chacune desdites rangées (350), une tige (340) attenante aux éléments pivotant (310) de ladite rangée (350), ladite tige et lesdits éléments pivotant (310) étant configurés de manière à ce qu'un mouvement de translation de ladite tige (340) entraîne lesdits éléments pivotant (310) en rotation.
  12. Antenne à commutation de polarisation selon l'une des revendications 1 à 8, dans laquelle les moyens de support des éléments rayonnants comprennent des rouleaux (440) et une bande souple (401) agencée pour pouvoir s'enrouler autour desdits rouleaux (440), la bande souple comportant une première partie (411) sur laquelle sont fixés des éléments rayonnants adjacents (420) orientés dans une première direction, et une deuxième partie sur laquelle sont fixés des éléments rayonnants adjacents (420) orientés dans une direction différente de ladite première direction.
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