EP2867953A1 - Antenne a cavite resonante - Google Patents

Antenne a cavite resonante

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Publication number
EP2867953A1
EP2867953A1 EP13739155.3A EP13739155A EP2867953A1 EP 2867953 A1 EP2867953 A1 EP 2867953A1 EP 13739155 A EP13739155 A EP 13739155A EP 2867953 A1 EP2867953 A1 EP 2867953A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
resonant
reflecting surface
partially reflecting
cells
cell
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13739155.3A
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German (de)
English (en)
Inventor
André DE LUSTRAC
Dylan GERMAIN
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.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite Paris Sud
Universite Paris Nanterre
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite Paris Sud
Universite Paris Ouest Nanterre la Defense
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 Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Universite Paris Sud, Universite Paris Ouest Nanterre la Defense filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP2867953A1 publication Critical patent/EP2867953A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • 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
    • H01Q13/206—Microstrip transmission line antennas
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    • 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
    • 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
    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0086—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices having materials with a synthesized negative refractive index, e.g. metamaterials or left-handed materials
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/06—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens
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    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/18—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces having two or more spaced reflecting surfaces
    • H01Q19/185—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces having two or more spaced reflecting surfaces wherein the surfaces are plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H01Q21/0012—Radial guide fed arrays

Definitions

  • the present invention relates to an antenna, in particular a cavity antenna.
  • EP 2,266,166 discloses a cavity antenna, the cavity being delimited by a partially reflecting flat surface and a totally reflective flat surface facing each other.
  • the partially reflecting flat surface consists of an array of resonant cells forming micro-antennas.
  • the phase of the micro-antennas is controlled using varicaps diodes. It is thus possible to control the misalignment of the antenna and its transmission frequency.
  • this antenna can not be integrated in all systems, in particular in vehicle fairings. There is therefore a need for consistent directional antennas that can be integrated into all types of systems.
  • the present invention improves the situation.
  • an antenna comprising:
  • a partially reflecting surface comprising an array of resonant cells, each resonant cell forming a micro-antenna,
  • a radiating source disposed in the resonant cavity and configured to radiate a wave between the partially reflecting surface and the totally reflecting surface, the illuminating wave of the resonant cells of the partially reflecting surface.
  • the partially reflecting surface is curved and resonant cells are individually configured to introduce a phase shift in the passage of the incident wave radiated by the source, a function of the curvature of the partially reflecting surface at the corresponding resonant cell.
  • Embodiments of the invention thus make it possible to obtain directional radiation while improving the integration of the antenna into any system.
  • Each resonant cell may be configured to introduce on an incident wave a phase shift function of the curvature of the partially reflecting surface at the level of the resonant cell, so that the network of resonant cells behaves as an array of antennas distributed over a surface different predefined.
  • the partially reflective surface may include:
  • An inductive gate comprising a set of metal zones separated by dielectric zones
  • a capacitive grid comprising a set of metal zones separated by dielectric zones.
  • the inductive gate and the capacitive gate are then superimposed so as to form the network of resonant cells, a resonant cell comprising an inductance and a capacity in parallel.
  • the metal areas of the inductive gate and the capacitive gate may be arranged in parallel directions.
  • the phase shift introduced on the incident wave by a resonant cell can be adjusted by modifying the capacity of the capacitive gate at the level of the resonant cell and / or by modifying the induction of the inductive gate at the level of the resonant cell.
  • Two adjacent electrical contacts of the capacitive gate may also be electrically connected by a variable capacitance diode, the bias voltage of the variable capacitance diode being adjusted to adjust the phase shift introduced on the incident wave by the corresponding resonant cell.
  • the inductive gate and the capacitive gate can be made by two gates of metal tracks, etched respectively on the two faces of a dielectric substrate.
  • Each resonant cell may also be configured to introduce on a wave incident a phase shift defined to obtain interference between the waves passing through the resonant cells global directional radiation in a predetermined direction of misalignment.
  • the invention also proposes a partially reflecting surface comprising an array of resonant cells, each resonant cell forming a micro-antenna, the partially reflecting surface being curved and resonant cells being individually configured to introduce on a wave incident a phase shift function of the curvature of the partially reflecting surface at the corresponding resonant cell.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an antenna according to one embodiment of the invention.
  • FIGS. 2A to 2C show examples of resonant cells of a partially reflecting surface of the antenna of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating the steps of a method of configuring the resonant cells according to one embodiment of the invention;
  • Figure 4 is a graph showing initial positions of resonant cells in a plane
  • FIG. 5 is a graph showing phase shifts to be applied to each resonant cell of FIG. 4 for the cell network to behave as an array of planar cells
  • Figure 6 is a block diagram showing the partially reflective surface after the configuration of the resonant cells according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 7 is a radiation diagram of the antenna obtained by implementing the configuration method.
  • FIG. 1 represents an antenna 1 comprising a resonant cavity 2, a radiating source 3, a partially reflecting surface 4 and a totally reflecting surface 5.
  • the totally reflecting surface 5 is for example made by placing a metal plate on a dielectric element.
  • the partially reflecting surface 4 is made using a variable phase composite metamaterial.
  • the partially reflecting surface 4 comprises an array of resonant cells Cn, each resonant cell Cn forming a micro-antenna or elementary antenna.
  • the partially reflecting surface 4 is curved. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the surface 4 is cylindrical. Alternatively, the surface 4 may have any curvature.
  • the curvature of the surface 4 corresponds to the curvature of the system, for example to the curvature of the fairing of the vehicle (train, airplane, or other), in which the antenna 1 must be integrated.
  • the partially reflecting surface 4 comprises an inductive gate GL comprising a set of metal zones separated by dielectric zones.
  • the partially reflecting surface 4 also comprises a capacitive gate GC comprising a set of metal zones separated by dielectric zones.
  • the inductive gate GL and the capacitive gate GC are superimposed so that the gates GL and GC are arranged parallel to each other, the metal zones of the inductive gate GL and the capacitive gate GC being arranged according to substantially orthogonal directions.
  • the partially reflecting surface 4 can be made by two metal track grids etched respectively on the two faces of a dielectric substrate 6. Such an embodiment reduces the cost of manufacture.
  • the tracks of each gate being perpendicular, one will play the role of capacitive gate GC and the other of inductive gate GL according to the polarization of the electric field E.
  • a resonant cell Cn is thus a resonator type cell LC having an inductance L and a capacity C in parallel.
  • a cell resonant Cn has a small size in front of the operating wavelength ⁇ of the antenna 1.
  • FIGS 2A to 2C show examples of Cr resonant cells.
  • the cell Cn comprises a capacitor Ci and an inductor Li, arranged on either side of the dielectric substrate 6.
  • the cell Cr 2 comprises a capacitor C2 and an inductor L 2 , disposed on either side of the dielectric substrate 6.
  • the cell Cr 3 comprises a capacitor C3 and an inductor L 3 , disposed on either side of the dielectric substrate 6.
  • the cavity 2 is a Fabry-Perot type cavity.
  • the partially reflecting surface 4 and the totally reflecting surface 5, which delimit the cavity 2, are separated by a distance h forming a reference dimension of the cavity 2.
  • N denotes the resonance mode of the cavity 2
  • ⁇ 4 denotes the reflection phase shift introduced on an incident wave by the partially reflecting surface 4,
  • ⁇ 5 denotes the phase shift introduced on a wave by the totally reflecting surface 5.
  • a partially reflecting surface 4 comprising adjustable phase resonant cells makes it possible to remove the restriction on the half-wavelength ( ⁇ / 2) thickness generally imposed for a Fabry-Perot type cavity.
  • the reference dimension h can thus be chosen such that h "A / 2. It is therefore possible to make ultra-compact antennas, for example about 0.5 mm for a frequency of 8 GHz.
  • the radiating source 3 is disposed in the resonant cavity 2, close to the totally reflecting surface 5.
  • the radiating source 3 is for example a patch antenna or a dipole.
  • the radiating source 3 is configured to radiate a predefined frequency wave, between the partially reflecting surface 4 and the totally reflecting surface 5. The wave thus illuminates the resonant cells Cn.
  • the source 3 and the partially reflecting surface 4 are arranged so that all Cn cells are illuminated by successive reflections on the walls of the cavity.
  • the resonant cells C n are individually configured to introduce an incident phase ⁇ 4 ⁇ in response to the passage of an incident wave radiated by the source 3, depending on the curvature of the partially reflecting surface 4 at the level of the resonant cell C n.
  • the network of resonant cells Cn thus behaves as an array of antennas distributed over a different predefined surface, called the target surface.
  • the different predefined surface is for example a flat surface.
  • the predefined surface is any surface having a curvature different from the partially reflecting surface 4.
  • step S1 a phase law t> 4 (x, y, z) to be applied to the Cn cells is determined.
  • the phase law t> 4 (x, y, z) is determined by taking into account in particular the curvature of the partially reflecting surface 4 and the curvature of the target surface.
  • the target surface is a plane P.
  • FIG. 4 represents Cn cells belonging to the (X, Y, Z 0 ) plane.
  • the partially reflecting surface 4 has symmetry along the ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) plane, only Cn cells with positive abscissae have been shown.
  • phase law t> 4 (x, y, z 0 ) to be applied to the Cn cells arranged in the plane (X, Y, Z 0 ) can then be defined by the equation: Where X, and y, respectively denote the abscissa and the ordinate of the cell
  • the curve of FIG. 5 represents the phase law t> 4 (x, y, z 0 ) to be applied to the Cn cells arranged in the plane (X, Y, Z 0 ).
  • the phase law t> 4 (x, y, z) does not depend on the coordinate z.
  • the phase law t> 4 (x, y, z) to be applied to the Cn cells can therefore be defined by the equation:
  • step S2 the resonant cells Cn are individually configured to introduce an incident phase radiated by the source 3 to the passage of an incident wave corresponding to the phase law determined in step S1.
  • the phase shift ⁇ 4 , ⁇ introduced to the incident wave by a resonant cell Cn can be adjusted passively by modifying the capacitance C, and / or the inductance L, of the cell Cn.
  • the capacitance C, of a cell It can be modified by increasing or decreasing the width of the metal zones and / or the width of the dielectric between two adjacent metal zones.
  • the inductance L, of a cell Cn can be modified by increasing or decreasing the width of the metal zone and / or the width of the dielectric between the metal zone and a neighboring metal zone.
  • FIG. 6 represents a view from above of a partially reflecting surface 4 corresponding to the phase law determined in step S1. It will be noted that a given phase shift can be obtained by several different combinations of capacitance and inductance values.
  • Figure 7 shows the radiation pattern of the antenna 1 obtained by the implementation of the method described above.
  • the method thus makes it possible to obtain a directional radiation from a set of micro-antennas initially forming a surface of any curvature.
  • the phase law ⁇ 4 ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) is further determined taking into account a desired misalignment angle.
  • the phase law is then determined so that the resonant cells Cn introduce on an incident wave a phase shift allowing to obtain, by interference between the waves passing through the resonant cells Cn, a global directional radiation in the predetermined depointing direction.
  • phase law ⁇ 4 ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) determined in step S1 takes into account the desired misalignment angle.
  • the misalignment angle of the antenna 1 can be passively controlled by modifying the capacitances C and / or the inductances L of the Cn cells.
  • the misalignment angle of the antenna 1 can furthermore be actively controlled by using varactor diodes.
  • FIG. 8 represents an active control embodiment in which two adjacent electrical contacts of the capacitive gate GC are electrically connected by a variable capacitance diode (varactors).
  • phase shift introduced on the incident wave by a resonant cell Cn can then be adjusted dynamically by modifying the bias voltage of the variable capacitance diode, for example as described in document EP 2 266 166.
  • the angle of misalignment of the antenna 1 can thus be dynamically controlled, and in particular be modified over time.

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

L'invention concerne une antenne (1) comprenant : . une cavité (2) résonante délimitée par: - une surface partiellement réfléchissante (4) comprenant un réseau de cellules résonantes, chaque cellule résonante formant une micro- antenne, - une surface totalement réfléchissante (5) faisant face à ladite surface partiellement réfléchissante, . une source rayonnante (3) disposée dans ladite cavité résonante et configurée pour rayonner une onde entre la surface partiellement réfléchissante et la surface totalement réfléchissante, ladite onde illuminant des cellules résonantes de la surface partiellement réfléchissante, la surface partiellement réfléchissante étant courbe et des cellules résonantes étant individuellement configurées pour introduire au passage de l'onde incidente rayonnée par la source un déphasage fonction de la courbure de la surface partiellement réfléchissante au niveau de la cellule résonante correspondante.

Description

Antenne à cavité résonante
La présente invention concerne une antenne, en particulier une antenne à cavité. Le document EP 2 266 166 décrit une antenne à cavité, la cavité étant délimitée par une surface plane partiellement réfléchissante et une surface plane totalement réfléchissante se faisant face.
La surface plane partiellement réfléchissante est constituée d'un réseau de cellules résonantes formant des micro-antennes. La phase des micro-antennes est contrôlée en utilisant des diodes varicaps. Il est ainsi possible de contrôler le dépointage de l'antenne et sa fréquence d'émission.
Cependant, du fait des dimensions des surfaces planes partiellement réfléchissante et totalement réfléchissante, cette antenne ne peut pas être intégrée dans tous les systèmes, en particulier dans les carénages de véhicules. II existe donc un besoin d'antennes directives conformées pouvant être intégrées dans tous types de systèmes. La présente invention vient améliorer la situation.
A cet effet, l'invention propose une antenne comprenant :
• une cavité résonante délimitée par :
· une surface partiellement réfléchissante comprenant un réseau de cellules résonantes, chaque cellule résonante formant une micro-antenne,
• une surface totalement réfléchissante faisant face à la surface partiellement réfléchissante,
• une source rayonnante disposée dans la cavité résonante et configurée pour rayonner une onde entre la surface partiellement réfléchissante et la surface totalement réfléchissante, l'onde illuminant des cellules résonantes de la surface partiellement réfléchissante.
La surface partiellement réfléchissante est courbe et des cellules résonantes sont individuellement configurées pour introduire au passage de l'onde incidente rayonnée par la source un déphasage fonction de la courbure de la surface partiellement réfléchissante au niveau de la cellule résonante correspondante. Des modes de réalisation de l'invention permettent ainsi d'obtenir un rayonnement directif tout en améliorant l'intégration de l'antenne dans un système quelconque.
Chaque cellule résonante peut être configurée pour introduire sur une onde incidente un déphasage fonction de la courbure de la surface partiellement réfléchissante au niveau de la cellule résonante, de manière que le réseau de cellules résonantes se comporte comme un réseau d'antennes réparties sur une surface différente prédéfinie.
La surface partiellement réfléchissante peut comprendre:
· une grille inductive comportant un ensemble de zones métalliques séparées par des zones diélectriques,
• une grille capacitive comportant un ensemble de zones métalliques séparées par des zones diélectriques.
La grille inductive et la grille capacitive sont alors superposées de manière à former le réseau de cellules résonantes, une cellule résonante comportant une inductance et une capacité en parallèle.
Les zones métalliques de la grille inductive et de la grille capacitive peuvent être agencées selon des directions parallèles.
Le déphasage introduit sur l'onde incidente par une cellule résonante peut être ajusté en modifiant la capacité de la grille capacitive au niveau de la cellule résonante et/ou en modifiant l'induction de la grille inductive au niveau de la cellule résonante.
Deux contacts électriques voisins de la grille capacitive peuvent en outre être connectés électriquement par une diode à capacité variable, la tension de polarisation de la diode à capacité variable étant réglée pour ajuster le déphasage introduit sur l'onde incidente par la cellule résonnante correspondante.
La grille inductive et la grille capacitive peuvent être réalisées par deux grilles de pistes métalliques, gravées respectivement sur les deux faces d'un substrat diélectrique.
Chaque cellule résonante peut en outre être configurée pour introduire sur une onde incidente un déphasage défini pour obtenir par interférence entre les ondes traversant les cellules résonantes un rayonnement global directif selon une direction de dépointage prédéterminée. L'invention propose également une surface partiellement réfléchissante comprenant un réseau de cellules résonantes, chaque cellule résonante formant une micro-antenne, la surface partiellement réfléchissante étant courbe et des cellules résonantes étant individuellement configurées pour introduire sur une onde incidente un déphasage fonction de la courbure de la surface partiellement réfléchissante au niveau de la cellule résonante correspondante.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la Figure 1 est un schéma fonctionnel montrant une antenne selon un mode de réalisation de l'invention ;
- les Figures 2A à 2C représentent des exemples de cellules résonantes d'une surface partiellement réfléchissante de l'antenne de la figure 1 ; - la Figure 3 est un organigramme illustrant les étapes d'un procédé de configuration des cellules résonantes selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la Figure 4 est un graphe représentant des positions initiales de cellules résonantes dans un plan ; - la Figure 5 est un graphe montrant des déphasages à appliquer à chaque cellule résonante de la figure 4 pour que le réseau de cellules se comporte comme un réseau de cellules plan ;
- la Figure 6 est un schéma fonctionnel montrant la surface partiellement réfléchissante après la configuration des cellules résonantes selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la Figure 7 est un diagramme de rayonnement de l'antenne obtenu par la mise en œuvre du procédé de configuration ; et
- la figure 8 est un schéma fonctionnel montrant la surface partiellement réfléchissante selon un autre mode de réalisation de l'invention permettant un contrôle dynamique de l'antenne. La figure 1 représente une antenne 1 comprenant une cavité résonante 2, une source rayonnante 3, une surface partiellement réfléchissante 4 et une surface totalement réfléchissante 5.
La surface totalement réfléchissante 5 est par exemple réalisée en disposant une plaque métallique sur un élément diélectrique.
La surface partiellement réfléchissante 4 est réalisée en utilisant un métamatériau composite à phase variable. La surface partiellement réfléchissante 4 comporte un réseau de cellules résonantes Cn, chaque cellule résonante Cn formant une micro-antenne ou antenne élémentaire. La surface partiellement réfléchissante 4 est courbe. Sur l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1 , la surface 4 est cylindrique. En variante, la surface 4 peut présenter une courbure quelconque. La courbure de la surface 4 correspond à la courbure du système, par exemple à la courbure du carénage du véhicule (train, avion, ou autre), dans lequel l'antenne 1 doit être intégrée. La surface partiellement réfléchissante 4 comprend une grille inductive GL comportant un ensemble de zones métalliques séparées par des zones diélectriques. La surface partiellement réfléchissante 4 comprend également une grille capacitive GC comportant un ensemble de zones métalliques séparées par des zones diélectriques. La grille inductive GL et la grille capacitive GC sont superposées de manière à ce que les grilles GL et GC soient disposées parallèlement l'une à l'autre, les zones métalliques de la grille inductive GL et de la grille capacitive GC étant agencées selon des directions sensiblement orthogonales.
La surface partiellement réfléchissante 4 peut être réalisée par deux grilles de pistes métalliques, gravées respectivement sur les deux faces d'un substrat diélectrique 6. Une telle réalisation permet de réduire le coût de fabrication. Les pistes de chaque grille étant perpendiculaires, l'une jouera le rôle de grille capacitive GC et l'autre de grille inductive GL suivant la polarisation du champ électrique E. Une cellule résonante Cn est ainsi une cellule de type résonateur LC comportant une inductance L et une capacité C en parallèle. Une cellule résonante Cn présente une taille petite devant la longueur d'onde λ de fonctionnement de l'antenne 1 .
Les figures 2A à 2C représentent des exemples de cellules résonantes Cr,. La cellule Cn comprend une capacité Ci et une inductance Li, disposées de part et d'autre du substrat diélectrique 6. La cellule Cr2 comprend une capacité C2 et une inductance L2, disposées de part et d'autre du substrat diélectrique 6. La cellule Cr3 comprend une capacité C3 et une inductance L3, disposées de part et d'autre du substrat diélectrique 6.
La cavité 2 est une cavité de type Fabry-Pérot. La surface partiellement réfléchissante 4 et la surface totalement réfléchissante 5, qui délimitent la cavité 2, sont séparées par une distance h formant une dimension de référence de la cavité 2.
Cette dimension de référence h vérifie la relation : h =— ( 4 + 5) + N - , où λ désigne la longueur d'onde,
N désigne le mode de résonance de la cavité 2,
Φ4 désigne le déphasage à la réflexion introduit sur une onde incidente par la surface partiellement réfléchissante 4, et
Φ5 désigne le déphasage introduit sur une onde par la surface totalement réfléchissante 5.
L'utilisation d'une surface partiellement réfléchissante 4 comportant des cellules résonantes à phase ajustable permet de lever la restriction sur l'épaisseur de demi-longueur d'onde (λ/2) imposée généralement pour une cavité de type Fabry-Pérot. La dimension de référence h peut ainsi être choisie telle que h«A/2. II est donc possible de réaliser des antennes ultra-compactes, par exemple d'environ 0,5 mm pour une fréquence de 8 GHz.
La source rayonnante 3 est disposée dans la cavité résonante 2, à proximité de la surface totalement réfléchissante 5. La source rayonnante 3 est par exemple une antenne patch ou un dipôle. La source rayonnante 3 est configurée pour rayonner une onde de fréquence prédéfinie, entre la surface partiellement réfléchissante 4 et la surface totalement réfléchissante 5. L'onde illumine ainsi les cellules résonantes Cn. De préférence, la source 3 et la surface partiellement réfléchissante 4 sont agencée de manière que toutes les cellules Cn soient illuminées par réflexions successives sur les parois de la cavité.
Les cellules résonantes Cn sont individuellement configurées pour introduire au passage d'une onde incidente rayonnée par la source 3 un déphasage Φ4,οπ fonction de la courbure de la surface partiellement réfléchissante 4 au niveau de la cellule résonante Cn.
Le réseau de cellules résonantes Cn se comporte ainsi comme un réseau d'antennes réparties sur une surface différente prédéfinie, appelée surface cible. La surface différente prédéfinie est par exemple une surface plane. En variante, la surface prédéfinie est une surface quelconque présentant une courbure différente de la surface partiellement réfléchissante 4.
En se référant aux figures 3 à 7, on décrit ci-dessous les étapes d'un procédé de configuration des cellules résonantes Cn selon un mode de réalisation de l'invention. On définit un repère orthogonal (Ο,Χ,Υ,Ζ).
A l'étape S1 , une loi de phase t>4(x,y,z) à appliquer aux cellules Cn est déterminée. La loi de phase t>4(x,y,z) est déterminée en tenant notamment compte de la courbure de la surface partiellement réfléchissante 4 et de la courbure de la surface cible. Par exemple, la surface cible est un plan P.
La figure 4 représente des cellules Cn appartenant au plan (X,Y,Z0). Comme la surface partiellement réfléchissante 4 présente une symétrie selon le plan (Ο,Υ,Ζ), seules les cellules Cn ayant des abscisses positives ont été représentées. Le plan P formant la surface cible coupe le plan (X,Y,Z0) le long d'une droite D d'équation ax+by+c=0.
La loi de phase t>4(x,y,z0) à appliquer aux cellules Cn disposées dans le plan (X,Y,Z0) peut alors être définie par l'équation : Où X, et y, désignent respectivement l'abscisse et l'ordonnée de la cellule
Cn.
La courbe de la figure 5 représente la loi de phase t>4(x,y,z0) à appliquer aux cellules Cn disposées dans le plan (X,Y,Z0). De plus, comme la surface partiellement réfléchissante 4 présente une forme cylindrique d'axe Z, la loi de phase t>4(x,y,z) ne dépend pas de la coordonnée z. La loi de phase t>4(x,y,z) à appliquer aux cellules Cn peut donc être définie par l'équation :
Φ Κχί> ί> ζ0 =
A l'étape S2, les cellules résonantes Cn sont individuellement configurées pour introduire au passage d'une onde incidente rayonnée par la source 3 un déphasage correspondant à la loi de phase déterminée à l'étape S1 .
Le déphasage Φ4,οπ introduit à l'onde incidente par une cellule résonnante Cn peut être ajusté de manière passive en modifiant la capacité C, et/ou l'inductance L, de la cellule Cn. La capacité C, d'une cellule Cn peut être modifiée en augmentant ou diminuant la largeur des zones métalliques et/ou la largeur du diélectrique entre deux zones métalliques voisines. De manière similaire, l'inductance L, d'une cellule Cn peut être modifiée en augmentant ou diminuant la largeur de la zone métallique et/ou la largeur du diélectrique entre la zone métallique et une zone métallique voisine.
La figure 6 représente une vue de dessus d'une surface partiellement réfléchissante 4 correspondant à la loi de phase déterminée à l'étape S1 . On notera qu'un déphasage donné peut être obtenu par plusieurs combinaisons différentes de valeurs de capacités et d'inductances.
La figure 7 représente le diagramme de rayonnement de l'antenne 1 obtenu par la mise en œuvre du procédé décrit ci-dessus. Le procédé permet ainsi d'obtenir un rayonnement directif à partir d'un ensemble de micro-antennes formant initialement une surface de courbure quelconque. Selon un mode de réalisation de l'invention, la loi de phase Φ4(χ,γ,ζ) est en outre déterminée en tenant compte d'un angle de dépointage souhaité. La loi de phase est alors déterminée pour que les cellules résonantes Cn introduisent sur une onde incidente un déphasage permettant d'obtenir, par interférence entre les ondes traversant les cellules résonantes Cn, un rayonnement global directif selon la direction de dépointage prédéterminée.
Dans ce mode de réalisation, la loi de phase Φ4(χ,γ,ζ) déterminée à l'étape S1 tient compte de l'angle de dépointage souhaité.
L'angle de dépointage de l'antenne 1 peut être contrôlé de manière passive en modifiant les capacités C et/ou les inductances L des cellules Cn.
L'angle de dépointage de l'antenne 1 peut en outre être contrôlé de manière active en utilisant des diodes à capacité variable (varactors).
La figure 8 représente un mode de réalisation de contrôle actif dans lequel deux contacts électriques voisins de la grille capacitive GC sont connectés électriquement par une diode à capacité variable (varactors).
Le déphasage introduit sur l'onde incidente par une cellule résonnante Cn peut alors être ajusté de manière dynamique en modifiant la tension de polarisation de la diode à capacité variable, par exemple comme décrit dans le document EP 2 266 166. L'angle de dépointage de l'antenne 1 peut ainsi être contrôlé de manière dynamique, et notamment être modifié au cours du temps.
Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites ci-avant à titre d'exemples ; elle s'étend à d'autres variantes.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Antenne (1 ) comprenant :
• une cavité (2) résonante délimitée par :
• une surface partiellement réfléchissante (4) comprenant un réseau de cellules résonantes (Cn), chaque cellule résonante formant une micro-antenne,
• une surface totalement réfléchissante (5) faisant face à ladite surface partiellement réfléchissante,
• une source rayonnante (3) disposée dans ladite cavité résonante et configurée pour rayonner une onde entre la surface partiellement réfléchissante et la surface totalement réfléchissante, ladite onde illuminant des cellules résonantes de la surface partiellement réfléchissante, la surface partiellement réfléchissante étant courbe et des cellules résonantes étant individuellement configurées pour introduire au passage de l'onde incidente rayonnée par la source un déphasage fonction de la courbure de la surface partiellement réfléchissante au niveau de la cellule résonante correspondante.
2. Antenne selon la revendication 1 , dans laquelle chaque cellule résonante (Cn) est configurée pour introduire sur une onde incidente un déphasage fonction de la courbure de la surface partiellement réfléchissante (4) au niveau de ladite cellule résonante, de manière que le réseau de cellules résonantes se comporte comme un réseau d'antennes réparties sur une surface différente prédéfinie.
3. Antenne selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la surface partiellement réfléchissante (4) comprend:
• une grille inductive (GL) comportant un ensemble de zones métalliques séparées par des zones diélectriques,
• une grille capacitive (GC) comportant un ensemble de zones métalliques séparées par des zones diélectriques, la grille inductive et la grille capacitive étant superposées de manière à former ledit réseau de cellules résonantes (Cn), une cellule résonante comportant une inductance et une capacité en parallèle.
4. Antenne selon la revendication 3, dans laquelle les zones métalliques de la grille inductive (GL) et de la grille capacitive (GC) sont agencées selon des directions parallèles.
5. Antenne selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle le déphasage introduit sur l'onde incidente par une cellule résonnante (Cn) est ajusté en modifiant la capacité de la grille capacitive (GC) au niveau de ladite cellule résonante.
6. Antenne selon l'une des revendications 3 à 5, dans laquelle le déphasage introduit sur l'onde incidente par une cellule résonnante (Cn) est ajusté en modifiant l'induction de la grille inductive (GL) au niveau de ladite cellule résonante.
7. Antenne selon l'une des revendications 3 à 6, dans laquelle deux contacts électriques voisins de la grille capacitive (GC) sont connectés électriquement par une diode à capacité variable, la tension de polarisation de la diode à capacité variable étant réglée pour ajuster le déphasage introduit sur l'onde incidente par la cellule résonnante (Cn) correspondante.
8. Antenne selon l'une des revendications 3 à 7, dans laquelle la grille inductive (GL) et la grille capacitive (GC) sont réalisées par deux grilles de pistes métalliques, gravées respectivement sur les deux faces d'un substrat diélectrique.
9. Antenne selon l'une des revendications 1 à 8, dans laquelle chaque cellule résonante (Cn) est en outre configurée pour introduire sur une onde incidente un déphasage défini pour obtenir par interférence entre les ondes traversant les cellules résonantes un rayonnement global directif selon une direction de dépointage prédéterminée.
10. Surface partiellennent réfléchissante (4) comprenant un réseau de cellules résonantes (Cn), chaque cellule résonante formant une micro-antenne, la surface partiellement réfléchissante étant courbe et des cellules résonantes étant individuellement configurées pour introduire sur une onde incidente un déphasage fonction de la courbure de la surface partiellement réfléchissante au niveau de la cellule résonante correspondante.
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