EP2710676B1 - Element rayonnant pour antenne reseau active constituee de tuiles elementaires - Google Patents

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EP2710676B1
EP2710676B1 EP12726368.9A EP12726368A EP2710676B1 EP 2710676 B1 EP2710676 B1 EP 2710676B1 EP 12726368 A EP12726368 A EP 12726368A EP 2710676 B1 EP2710676 B1 EP 2710676B1
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EP
European Patent Office
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antenna
lower patch
patch
frame
radiating element
Prior art date
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EP12726368.9A
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German (de)
English (en)
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EP2710676A1 (fr
Inventor
Xavier Delestre
Michel LABEYRIE
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
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Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/065—Patch antenna array
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0087—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing antenna arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna

Definitions

  • the present invention relates to a mono or bipolarization radiating element for active network antenna consisting of juxtaposed tiles. It applies in particular in the field of active network antennas consisting of elementary tiles.
  • an active network antenna architecture is said to be of the 'tile' type if its active components, in particular its amplifiers and phase shifters, are arranged in planes parallel to the radiating plane, so as to obtain an antenna of reduced depth. mechanically orientable or can be installed on the surface of a carrier.
  • the radiating elements of such a network antenna can be grouped into subnetworks of 2 n radiating elements (where n positive integer), called 'elementary tiles'.
  • n positive integer
  • the radiating elements of an elementary tile are arranged in line (or column) perpendicular to the plane of scanning of the antenna and connected to a distributor consisting of Wilkinson dividers of reduced bulk whose input is connected to an active channel of the antenna. 'antenna.
  • a major disadvantage of the relatively large radiating array of radiating elements is that blind directions occur, i.e. directions in which it is not possible to scan the beam.
  • a blind direction is linked to the fact that, for a given frequency and a particular pointing, the active TOS (Stationary Wave Rate) at the input of each of the radiating elements reaches a very high value, the reflection coefficient being close to 1.
  • This phenomenon destructive for the active circuits of the antenna, corresponds to a phasing of the couplings between a large number of radiating elements and any radiating element located in the middle of the array of elements.
  • a document US 2003/067410 A1 describes a tile antenna structure.
  • the purpose of the invention is in particular to eliminate the blind directions that are usually observed on active network antennas.
  • the invention proposes in particular to improve the radio behavior of the radiating elements forming the tiles, in order to obtain radiating elements having very good performance when grouped on a tile, whether in terms of bandwidth of operation or active reflection coefficient.
  • the subject of the invention is an antenna comprising a plurality of tiles forming an antenna plane, each of said tiles comprising a plurality of radiating elements.
  • Each radiating element comprises an upper metallic block disposed above a lower metal pad, the two blocks being separated by a layer electrically insulating them.
  • the lower pavement is powered by electricity.
  • Each radiating element comprises a conductive frame disposed parallel to the antenna plane and flanking the two blocks of said element, said two blocks being electromagnetically coupled through the opening of said frame whose body comprises a rear face of small section disposed on the side of the lower block and a front face of larger section disposed on the side of the upper block, so as to widen the angular range of scanning of a beam in a plane orthogonal to the antenna plane.
  • each radiating element may comprise parasitic elements forming bands parallel to the edges of the upper pavement.
  • the lower block of each radiating element being able to be supplied with electric current by a core of a coaxial line whose shielding may be connected to a ground plane disposed under said lower block on the side opposite the upper block, said core may comprise a capacitive disk disposed between said lower pad and said ground plane.
  • said lower block may comprise a set of two demetallized slots, said core being connectable to said lower pad at a position centered on an axis of symmetry of said lower pad and closer to one of its edges.
  • said lower block may comprise a set of four demetallized slots, said core being connectable to said lower pad at a position centered on an axis of symmetry of said lower pad and a core of a second coaxial line that can be connected to said lower pad at a position centered on the other axis of symmetry of said lower pad.
  • the tiles are separated by a conductive seal.
  • the antenna can then advantageously comprise a pattern of metallized holes made inside the tiles along the conductive joint.
  • the frame may be made of a dielectric material metallized on the entire outer surface of the body of the frame, with the exception of a slot disposed on the front face of the frame.
  • the slot may be ring-shaped.
  • the main advantage of the invention described above is that compared to conventional systems, such as Wide Angle Impedance Match (WAIM) type dielectric layers intended to reduce the incidence of the wave on the network, it is practically no effect on the active TOS in the axis of the radiating elements in the middle of the network and does not increase the thickness of the antenna.
  • WAIM Wide Angle Impedance Match
  • a tile In the front face, a tile has one or more lines of radiating elements. At the rear, it comprises one or more distributors triplate circuit or "microstrip" type, followed by other printed circuit layers on which are placed the controls and the active and passive components.
  • the circuits are assembled together by different techniques, be it pressing, gluing or brazing.
  • the figure 1 illustrates an example of radiating element according to the prior art. It comprises in particular two superposed metal blocks 1 and 2 of square and flat shape, they are also called “patches" according to the English terminology, the lower block 1 being excited by a core 3 of a coaxial line connected to the middle of one of its edges for the considered polarization.
  • the lower block and the upper block 1 and 2 are etched on printed circuits 4 and 5 respectively, said printed circuits being separated from each other by a layer of air or foam 6 with a low dielectric constant, the pad upper 2 being disposed on the side of the printed circuit 4 facing the lower pad 1.
  • the printed circuit 4 comprises, on its face opposite the lower pad 1, a ground plane 7 connected to the shield of the coaxial line. As illustrated by figure 1 once the coaxial line is fed with current, a wave is radiated upwards.
  • the figure 2 illustrates an example of radiating element 20 according to the invention.
  • a lower metal block 11 printed on a circuit 141 and powered by a core 13 of a coaxial line
  • an upper metal block 12 printed on a circuit 15, the two blocks being separated by an insulating layer 16, of the air for example.
  • it also comprises a frame 10, at least one metallized hole such as holes 181 and 182 and a capacitive disc 19 etched on one side of a printed circuit 142 whose other face forms a ground plane 17
  • the upper metal block 11 comprises parasitic elements 121, 122, 123 and 124, of which only the elements 121 and 123 are represented on the figure 2 .
  • the figure 3 illustrates the exemplary frame 10 according to the invention.
  • the two superposed blocks 11 and 12 are electromagnetically coupled to one another by proximity, through the frame 10 of metallized dielectric material on its outer surface.
  • the frame 10 forms a substantially square opening, this opening comprising at least two different sections S1 and S2 in the thickness of the frame.
  • the small section S1 is disposed on the side of the lower pad 11. It constitutes a portion of waveguide strongly undercut, the cutoff frequency of the waveguide section S1 being equal to 1.25 times the central frequency of operation of the radiating element 20.
  • the propagation of the wave of the lower pad 11 to the upper pad 12 is therefore effected by evanescent modes.
  • An operating principle of the radiating element 20 is to make the admittance of the upper block 12 brought back to the level of the lower block 11 is the conjugate of that of this latest.
  • This inversion of admittance is facilitated by the presence of the waveguide portion of section S1, which makes it possible to obtain a coupling between the two blocks 11 and 12, allowing the impedance matching at the input of the radiating element 20.
  • the large section S2 is disposed on the side of the upper pad 12. It minimizes the metal surface presented around the radiating elements networked when they operate in reception, which reduces reflections. Conversely, on transmission, this characteristic makes it possible to reduce the active TOS of a radiating element in the middle of the network.
  • the Figures 4a and 4b illustrate two alternative embodiments of the lower block 11 according to the invention, an example of a monopolarization keypad 11a and an example of bipolarization keypad 11b respectively.
  • the lower blocks 11a and 11b can be etched on the front face of a dielectric substrate 14 consisting of two layers formed by the circuits 141 and 142 assembled.
  • the layer formed by the circuit 142 is arranged on the side of the coaxial supply line of the radiating element 20.
  • This structure makes it possible to engrave on one of the two layers, for example the one formed by the circuit 142, and in their junction plane, a metal disk 19 electrically connected to the core 13 of the coaxial supply line.
  • This disc 19 opposite the ground plane 17 of the radiating element 20 constitutes a capacitance making it possible to compensate for the series inductance caused by the length of the core 13 situated between the block 11 and the ground plane 17.
  • This correction capacitive makes it possible to center on the Smith chart the impedance location corresponding to the active TOS in the axis of the radiating element 20 in the middle of the network and thus to optimize it.
  • the block 11a may comprise an assembly 41a of two demetallized slots arranged at the positions illustrated by FIG. figure 4a .
  • the core 13 may then be centered on the axis of the block 11a and connected as close as possible to one of the radiating edges at a position 42a, so as to obtain the highest possible impedance at the resonance frequency of the block 11a and that in the absence of the upper block 12.
  • the block 11 b may comprise an assembly 41 b of four demetallized slots arranged at the positions illustrated on the figure 4b .
  • Soul 13 can then be centered on the axis of the block 11b at a position 42b and the core of a second coaxial line may be centered on the other axis of the block 11b in a position 43b.
  • the slots make it possible to best limit the phase dispersion of the input impedance of the lower pad 11, which contributes to increasing the operating bandwidth of the radiating element 20.
  • the figure 5 illustrates an embodiment of the upper block 12 according to the invention.
  • the upper block 12 is etched on the face of the printed circuit 15 facing the lower block 11.
  • the pad 12 is surrounded by four parasitic elements 121, 122, 123 and 124 forming strips whose length is substantially identical to the length of the side of block 12.
  • the role of the parasitic elements 121, 122, 123 and 124 is to increase the phase dispersion of the impedance brought by the upper pad 12 to that of the lower pad 11. They also contribute to increasing the bandwidth operating the radiating element 20 according to the invention.
  • FIGS. 6a and 6b illustrate, by a view from above and a sectional view in a vertical plane X, respectively, an example of a device according to the invention for eliminating the blind directions of an active network antenna.
  • four elementary tiles 61, 62, 63 and 64 are arranged in a network.
  • the tiles of the antenna are separated from each other by a conductive seal 68 inserted between the tiles.
  • the seal 68 may be replaced by foils.
  • Each of these tiles is itself formed of a plurality of radiating elements arranged in an array, said radiating elements being all identical to the radiating element 20 according to the invention described above.
  • these are single-polarization radiating elements, comprising a lower two-slot block of the same type as the pad 11 illustrated by FIG. Figure 4a .
  • the scoring domain in the scanning plane is limited, due to the presence of blind directions, to a maximum + or - 25 degrees, more particularly in the high half of the operating band. It is possible to solve this problem by modifying the surface currents flowing on the frame between the radiating elements.
  • the frame 10 may advantageously be made of a dielectric material and metallized over its entire external surface, with the exception of a ring-shaped slot engraved or machined on the front face of the frame in the interval between the mouth in the frame and the mesh of the network, as the slots 65 and 66.
  • the dielectric constant of the material constituting the frame may be close to those substrates on which are engraved the lower and upper blocks, such as for example the substrates which constitute the printed circuits 141 and 15.
  • a vertical interconnect access that is to say a pattern of metallized holes, can be achieved by following the conductive seal 68 inside the tiles, such as vias 67 and 69.
  • the vias may be of a diameter equal to the thickness of the conductive seal 68. The role of these vias is to restore the periodicity of the network in both planes at the frame and although the network consists of assembled tiles.
  • the substrate that carries the upper blocks is assembled with the frame by an insulating bonding as a bonding 70 so as not to short-circuit the slots, while using a conductive bonding as a bonding 71 for the other face of the frame.
  • Cavities are thus formed around each radiating element in the volume of the frame coupled to the outside by the ring slots.

Landscapes

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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

  • La présente invention concerne un élément rayonnant mono ou bipolarisation pour antenne réseau active constituée de tuiles juxtaposées. Elle s'applique notamment dans le domaine des antennes réseaux actives constituées de tuiles élémentaires.
  • Dans la présente demande, une architecture d'antenne réseau active est dite de type 'tuile' si ses composants actifs, notamment ses amplificateurs et ses déphaseurs, sont disposés dans des plans parallèles au plan rayonnant, de façon à obtenir une antenne de profondeur réduite orientable mécaniquement ou pouvant être installée sur la surface d'un porteur.
  • Les éléments rayonnants d'une telle antenne réseau peuvent être regroupés en sous-réseaux de 2n éléments rayonnants (où n entier positif), appelés 'tuiles élémentaires'. En effet, la maille du réseau, c'est-à-dire la distance entre le centre de 2 éléments rayonnants voisins, généralement voisine de λ/2 pour une antenne à balayage électronique (où λ désigne la longueur d'onde du faisceau d'ondes rayonné), est beaucoup trop petite pour implanter les composants nécessaires à une commande individuelle des éléments rayonnants. Les éléments rayonnants d'une tuile élémentaire sont disposés en ligne (ou colonne) perpendiculairement au plan de balayage de l'antenne et connectés à un distributeur constitué de diviseurs Wilkinson d'encombrement réduit dont l'entrée est reliée à une voie active de l'antenne. On dispose ainsi de la surface de 2, 4 ou 8 éléments rayonnants pour implanter les composants actifs et passifs nécessaires pour constituer une voie active. La maille du réseau doit cependant être élargie, jusqu'à environ 0,65λ, afin d'obtenir une surface suffisante pour permettre une mise en boîtier métallique des voies actives et les jeux mécaniques indispensables pour un assemblage en réseau, tout en étant compatible du domaine de balayage du faisceau visé.
  • Malheureusement, une telle maille de réseau limite les performances de pointage de l'antenne, notamment lorsque l'on veut balayer le faisceau dans un plan suivant l'orientation du champ électrique rayonné, ce plan étant appelé E par la suite.
  • Un inconvénient majeur de l'arrangement en réseau d'éléments rayonnants de dimensions relativement importantes, c'est que des directions aveugles apparaissent, c'est-à-dire des directions dans lesquelles il n'est pas possible de balayer le faisceau. Une direction aveugle est liée au fait que, pour une fréquence donnée et un pointage particulier, le TOS actif (Taux d'Ondes Stationnaires) à l'entrée de chacun des éléments rayonnants atteint une valeur très élevée, le coefficient de réflexion étant proche de 1. Ce phénomène, destructeur pour les circuits actifs de l'antenne, correspond à une mise en phase des couplages entre un grand nombre d'éléments rayonnants et un élément rayonnant quelconque situé au milieu du réseau d'éléments.
  • Un document US 2003/067410 A1 décrit une structure d'antenne à tuiles.
  • L'invention a notamment pour but de supprimer les directions aveugles que l'on observe habituellement sur les antennes réseaux actives. Pour cela, l'invention propose notamment d'améliorer le comportement radioélectrique des éléments rayonnants formant les tuiles, afin d'obtenir des éléments rayonnants présentant de très bonnes performances une fois regroupés sur une tuile, que ce soit en termes de largeur de bande de fonctionnement ou de coefficient de réflexion actif. A cet effet, l'invention a pour objet une antenne comportant une pluralité de tuiles formant un plan d'antenne, chacune desdites tuiles comportant une pluralité d'éléments rayonnants. Chaque élément rayonnant comporte un pavé supérieur métallique disposé au dessus d'un pavé inférieur métallique, les deux pavés étant séparés par une couche les isolant électriquement. Le pavé inférieur est alimenté en courant électrique. Chaque élément rayonnant comporte un cadre conducteur disposé parallèlement au plan d'antenne et encadrant les deux pavés dudit élément, les deux dits pavés étant couplés électromagnétiquement à travers l'ouverture dudit cadre dont le corps comporte une face arrière de petite section disposée du côté du pavé inférieur et une face avant de plus grande section disposée du côté du pavé supérieur, de manière à élargir le domaine angulaire de balayage d'un faisceau dans un plan orthogonal au plan d'antenne.
  • Avantageusement, chaque élément rayonnant peut comporter des éléments parasites formant des bandes parallèles aux bords du pavé supérieur.
  • Avantageusement, le pavé inférieur de chaque élément rayonnant pouvant être alimenté en courant électrique par une âme d'une ligne coaxiale dont le blindage peut être relié à un plan de masse disposé sous ledit pavé inférieur du côté opposé au pavé supérieur, ladite âme peut comporter un disque capacitif disposé entre ledit pavé inférieur et ledit plan de masse.
  • Dans un mode de réalisation, ledit pavé inférieur peut comporter un ensemble de deux fentes démétallisées, ladite âme pouvant être connectée audit pavé inférieur en une position centrée sur un axe de symétrie dudit pavé inférieur et au plus près d'un de ses bords.
  • Dans un autre mode de réalisation, ledit pavé inférieur peut comporter un ensemble de quatre fentes démétallisées, ladite âme pouvant être connectée audit pavé inférieur en une position centrée sur un axe de symétrie dudit pavé inférieur et une âme d'une deuxième ligne coaxiale pouvant être connectée audit pavé inférieur en une position centrée sur l'autre axe de symétrie dudit pavé inférieur.
  • Avantageusement, les tuiles sont séparées par un joint conducteur. L'antenne peut alors avantageusement comporter un motif de trous métallisés réalisés à l'intérieur des tuiles suivant le joint conducteur.
  • Avantageusement, le cadre peut être en un matériau diélectrique métallisé sur toute la surface externe du corps du cadre, à l'exception d'une fente disposée sur la face avant du cadre. Par exemple, la fente peut être en forme d'anneau.
  • L'invention décrite précédemment a encore pour principal avantage que, comparé aux systèmes habituellement utilisés, comme par exemple les couches diélectriques de type WAIM (Wide Angle Impedance Match) visant à réduire l'incidence de l'onde sur le réseau, elle est pratiquement sans effet sur le TOS actif dans l'axe des éléments rayonnants au milieu du réseau et n'augmente pas l'épaisseur de l'antenne.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent :
    • la figure 1, un exemple d'élément rayonnant selon l'art antérieur;
    • la figure 2, un exemple d'élément rayonnant selon l'invention;
    • la figure 3, un exemple de cadre selon l'invention,
    • les figures 4a et 4b, deux exemples de réalisation d'un pavé inférieur selon l'invention;
    • la figure 5, un exemple de réalisation d'un pavé supérieur selon l'invention;
    • les figures 6a et 6b, un exemple de dispositif selon l'invention pour éliminer les directions aveugles d'une antenne réseau active.
  • En face avant, une tuile comporte une ou plusieurs lignes d'éléments rayonnants. A l'arrière, elle comporte un ou plusieurs distributeurs en circuit triplaque ou de type "microstrip", suivi d'autres couches de circuit imprimé sur lesquelles sont disposés les commandes et les composants actifs et passifs. Les circuits sont assemblés entre eux par différentes techniques, qu'il s'agisse de pressage, de collage ou encore de brasage.
  • La figure 1 illustre un exemple d'élément rayonnant selon l'art antérieur. Il comporte notamment deux pavés métalliques superposés 1 et 2 de forme carrée et plate, ils sont également appelés "patchs" selon la terminologie anglo-saxonne, le pavé inférieur 1 étant excité par une âme 3 d'une ligne coaxiale connectée au milieu d'un de ses bords pour la polarisation considérée. Le pavé inférieur et le pavé supérieur 1 et 2 sont gravés sur des circuits imprimés 4 et 5 respectivement, lesdits circuits imprimés étant séparés l'un de l'autre par une couche d'air ou de mousse 6 à faible constante diélectrique, le pavé supérieur 2 étant disposé sur le côté du circuit imprimé 4 faisant face au pavé inférieur 1. Le circuit imprimé 4 comporte, sur sa face opposée au pavé inférieur 1, un plan de masse 7 connecté au blindage de la ligne coaxiale. Comme illustré par la figure 1, une fois la ligne coaxiale alimentée en courant, une onde est rayonnée vers le haut.
  • La figure 2 illustre un exemple d'élément rayonnant 20 selon l'invention. De manière analogue à l'exemple de la figure 1, il comporte un pavé métallique inférieur 11 imprimé sur un circuit 141 et alimenté par une âme 13 d'une ligne coaxiale, un pavé métallique supérieur 12 imprimé sur un circuit 15, les deux pavés étant séparé par une couche isolante 16, de l'air par exemple. Mais selon l'invention, il comporte également un cadre 10, au moins un trou métallisé comme des trous 181 et 182 et un disque capacitif 19 gravé sur une face d'un circuit imprimé 142 dont l'autre face forme un plan de masse 17. Par ailleurs, le pavé métallique supérieur 11 comporte des éléments parasites 121, 122, 123 et 124, dont seuls les éléments 121 et 123 sont représentés sur la figure 2.
  • Grâce à un tel élément rayonnant optimisé, il est possible d'obtenir, avec un faisceau pointé dans l'axe, un coefficient de réflexion actif dans l'axe inférieur à -18 dB dans une bande de fréquences de 15%. Comme décrit dans la suite de la présente demande, cela permet de supprimer les directions aveugles que l'on observe sur les antennes réseaux actives tuilées lorsque le faisceau est dépointé dans le plan E, c'est-à-dire suivant l'orientation du champ électrique rayonné, de véritables trous pouvant être observés dans le diagramme de l'élément situé au milieu du réseau de telles antennes.
  • La figure 3 illustre l'exemple de cadre 10 selon l'invention. Les deux pavés 11 et 12 superposés sont couplés électromagnétiquement l'un à l'autre par proximité, au travers du cadre 10 en matériau diélectrique métallisée sur sa surface externe. Le cadre 10 forme une ouverture sensiblement carrée, cette ouverture comportant au minimum deux sections différentes S1 et S2 dans l'épaisseur du cadre. La petite section S1 est disposée du coté du pavé inférieur 11. Elle constitue une portion de guide d'onde fortement sous coupure, la fréquence de coupure du guide d'onde de section S1 étant égale à 1,25 fois la fréquence centrale de fonctionnement de l'élément rayonnant 20. La propagation de l'onde du pavé inférieur 11 vers le pavé supérieur 12 s'effectue donc par des modes évanescents. Un principe de fonctionnement de l'élément rayonnant 20 comportant les pavés superposés 11 et 12 est de faire en sorte que l'admittance du pavé supérieur 12 ramenée au niveau du pavé inférieur 11 soit la conjuguée de celle de ce dernier. Cette inversion d'admittance est facilitée par la présence de la portion de guide d'onde de section S1, qui permet d'obtenir un couplage entre les deux pavés 11 et 12, permettant l'adaptation d'impédance à l'entrée de l'élément rayonnant 20. La grande section S2 est disposée du coté du pavé supérieur 12. Elle permet de minimiser la surface métallique présentée autour des éléments rayonnants mis en réseau lorsque ces derniers fonctionnent en réception, ce qui réduit les réflexions. Réciproquement, à l'émission, cette caractéristique permet de réduire le TOS actif d'un élément rayonnant au milieu du réseau.
  • Les figures 4a et 4b illustrent deux variantes de réalisation du pavé inférieur 11 selon l'invention, un exemple de pavé monopolarisation 11a et un exemple de pavé bipolarisation 11 b respectivement. Les pavés inférieurs 11 a et 11 b peuvent être gravés sur la face avant d'un substrat diélectrique 14 constitué de deux couches formées par les circuits 141 et 142 assemblés. La couche formée par le circuit 142, d'épaisseur réduite au minimum, est disposée du coté de la ligne coaxiale d'alimentation de l'élément rayonnant 20. Cette structure permet de graver sur l'une des deux couches, par exemple celle formée par le circuit 142, et dans leur plan de jonction, un disque métallique 19 relié électriquement à l'âme 13 de la ligne coaxiale d'alimentation. Ce disque 19 en regard avec le plan de masse 17 de l'élément rayonnant 20 constitue une capacité permettant de compenser l'inductance série provoquée par la longueur de l'âme 13 située entre le pavé 11 et le plan de masse 17. Cette correction capacitive permet de centrer sur l'abaque de Smith le lieu d'impédance correspondant au TOS actif dans l'axe de l'élément rayonnant 20 au milieu du réseau et ainsi de l'optimiser. Pour obtenir un élément rayonnant 20 avec une seule polarisation, le pavé 11a peut comporter un ensemble 41 a de deux fentes démétallisées disposées aux positions illustrées par la figure 4a. L'âme 13 peut alors être centrée sur l'axe du pavé 11 a et connectée au plus près d'un des bords rayonnants en une position 42a, de façon à obtenir l'impédance la plus élevée possible à la fréquence de résonance du pavé 11a et cela en l'absence du pavé supérieur 12. Pour obtenir un élément rayonnant 20 avec deux polarisations, le pavé 11 b peut comporter un ensemble 41 b de quatre fentes démétallisées disposées aux positions illustrées sur la figure 4b. L'âme 13 peut alors être centrée sur l'axe du pavé 11 b en une position 42b et l'âme d'une deuxième ligne coaxiale peut être centrée sur l'autre axe du pavé 11 b en une position 43b. Les fentes permettent de limiter au mieux la dispersion en phase de l'impédance d'entrée du pavé inférieur 11, ce qui contribue à augmenter la largeur de bande de fonctionnement de l'élément rayonnant 20.
  • La figure 5 illustre un exemple de réalisation du pavé supérieur 12 selon l'invention. Le pavé supérieur 12 est gravé sur la face du circuit imprimé 15 en regard du pavé inférieur 11. Le pavé 12 est entouré de quatre éléments parasites 121, 122, 123 et 124 formant des bandes dont la longueur est sensiblement identique à la longueur du côté du pavé 12. Le rôle des éléments parasites 121, 122, 123 et 124 est d'augmenter la dispersion en phase de l'impédance ramenée par le pavé supérieur 12 sur celle du pavé inférieur 11. Ils contribuent également à augmenter la largeur de bande de fonctionnement de l'élément rayonnant 20 selon l'invention.
  • Les figures 6a et 6b illustrent, par une vue de dessus et une vue en coupe dans un plan vertical X respectivement, un exemple de dispositif selon l'invention pour éliminer les directions aveugles d'une antenne réseau active. Dans cet exemple de réalisation, quatre tuiles élémentaires 61, 62, 63 et 64 sont disposées en réseau. Les tuiles de l'antenne sont séparées les unes des autres par un joint conducteur 68 inséré entre les tuiles. Le joint 68 peut être remplacé par des clinquants. Chacune de ces tuiles est elle-même formée d'une pluralité d'éléments rayonnants disposés en réseau, lesdits éléments rayonnants étant tous identiques à l'élément rayonnant 20 selon l'invention décrite précédemment. Dans cet exemple de réalisation, il s'agit d'éléments rayonnants à une seule polarisation, comportant un pavé inférieur à deux fentes du même type que le pavé 11 a illustré par la Figure 4a.
  • Dans le cas d'une antenne active réalisée avec les éléments rayonnants décrits précédemment incluant un cadre comme le cadre 10 complètement métallique et avec une maille de réseau permettant un domaine de pointage de + ou - 45 degrés sans lobes de réseau, le domaine de pointage dans le plan de balayage se limite, du fait de la présence de directions aveugles, à un maximum + ou - 25 degrés, plus particulièrement dans la moitié haute de la bande de fonctionnement. Il est possible de résoudre ce problème en modifiant les courants de surface qui circulent sur le cadre entre les éléments rayonnants. Pour cela, le cadre 10 peut avantageusement être réalisé dans un matériau diélectrique et métallisé sur toute sa surface externe, à l'exception d'une fente en forme d'anneau gravée ou usinée sur la face avant du cadre dans l'intervalle compris entre l'embouchure dans le cadre et la maille du réseau, comme les fentes 65 et 66. Avantageusement, la constante diélectrique du matériau constituant le cadre peut être voisine de celles des substrats sur lesquels sont gravés les pavés inférieur et supérieur, comme par exemple les substrats dont sont constitués les circuits imprimés 141 et 15.
  • Un motif de vias (Vertical Interconnect Access), c'est-à-dire un motif de trous métallisés, peut être réalisé en suivant le joint conducteur 68 à l'intérieur des tuiles, comme des vias 67 et 69. Avantageusement, les vias peuvent être d'un diamètre égal à l'épaisseur du joint conducteur 68. Le rôle de ces vias est de restaurer la périodicité du réseau dans les deux plans au niveau du cadre et bien que le réseau soit constitué de tuiles assemblées.
  • Le substrat qui porte les pavés supérieurs est assemblé avec le cadre grâce à un collage isolant comme un collage 70 afin de ne pas court-circuiter les fentes, tandis que l'on utilise un collage conducteur comme un collage 71 pour l'autre face du cadre.
  • Des cavités sont ainsi réalisées autour de chaque élément rayonnant dans le volume du cadre couplées à l'extérieur par les fentes en anneau. En optimisant la largeur et le périmètre de ces dernières, il est possible d'éliminer les directions aveugles dans le plan E dans un domaine de pointage égal à + ou - 45 degrés dans une bande supérieure à 10%.

Claims (9)

  1. Antenne comportant une pluralité de tuiles (61, 62, 63, 64) formant un plan d'antenne, chacune desdites tuiles comportant une pluralité d'éléments rayonnants (20), chaque élément rayonnant comportant un pavé supérieur métallique (12) disposé au dessus d'un pavé inférieur métallique (11), les deux pavés étant séparés par une couche (16) les isolant électriquement, le pavé inférieur (11) étant alimenté en courant électrique,
    l'antenne étant caractérisée en ce que chaque élément rayonnant (20) comporte un cadre (10) conducteur disposé parallèlement au plan d'antenne et encadrant les deux pavés (11, 12) dudit élément, les deux dits pavés étant couplés électromagnétiquement à travers l'ouverture dudit cadre dont le corps comporte une face arrière de petite section S1 disposée du côté du pavé inférieur (11) et une face avant de plus grande section S2, S2 étant supérieure à S1, ladite face avant étant disposée du côté du pavé supérieur (12), de manière à élargir le domaine angulaire de balayage d'un faisceau dans un plan orthogonal au plan d'antenne.
  2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque élément rayonnant (20) comporte des éléments parasites (121, 122, 123, 124) formant des bandes parallèles aux bords du pavé supérieur (12).
  3. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le pavé inférieur (11) de chaque élément rayonnant (20) étant alimenté en courant électrique par une âme (13) d'une ligne coaxiale dont le blindage est relié à un plan de masse (17) disposé sous ledit pavé inférieur du côté opposé au pavé supérieur (12), ladite âme comporte un disque capacitif (19) disposé entre ledit pavé inférieur (11) et ledit plan de masse (17).
  4. Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit pavé inférieur (11a) comporte un ensemble (41 a) de deux fentes démétallisées, ladite âme (13) étant connectée audit pavé inférieur en une position (42a) centrée sur un axe de symétrie dudit pavé inférieur et au plus près d'un de ses bords.
  5. Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit pavé inférieur (11b) comporte un ensemble (41 b) de quatre fentes démétallisées, ladite âme (13) étant connectée audit pavé inférieur en une position (42b) centrée sur un axe de symétrie dudit pavé inférieur et une âme d'une deuxième ligne coaxiale étant connectée audit pavé inférieur en une position (43b) centrée sur l'autre axe de symétrie dudit pavé inférieur.
  6. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que les tuiles (61, 62, 63, 64) sont séparées par un joint conducteur (68).
  7. Antenne selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comporte un motif de trous métallisés (67, 69) réalisés à l'intérieur des tuiles suivant le joint conducteur (68).
  8. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le cadre (10) est en un matériau diélectrique métallisé sur toute la surface externe du corps du cadre, à l'exception d'une fente (65) disposée sur la face avant du cadre.
  9. Antenne selon la revendication 8, caractérisée en ce que la fente (65) sur la face avant du cadre est en forme d'anneau.
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