EP3075031A2 - Agencement de structures antennaires pour télécommunications par satellites - Google Patents

Agencement de structures antennaires pour télécommunications par satellites

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EP3075031A2
EP3075031A2 EP14803174.3A EP14803174A EP3075031A2 EP 3075031 A2 EP3075031 A2 EP 3075031A2 EP 14803174 A EP14803174 A EP 14803174A EP 3075031 A2 EP3075031 A2 EP 3075031A2
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EP
European Patent Office
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antenna
arrangement
symmetry
structures
diameter
Prior art date
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EP14803174.3A
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EP3075031B1 (fr
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Friedman Tchoffo Talom
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Thales SA
Original Assignee
Thales SA
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q11/00—Electrically-long antennas having dimensions more than twice the shortest operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q11/02—Non-resonant antennas, e.g. travelling-wave antenna
    • H01Q11/08—Helical antennas
    • 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
    • H01Q21/067—Two dimensional planar arrays using endfire radiating aerial units transverse to the plane of the array
    • 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
    • H01Q21/20—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a curvilinear path
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q21/20—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a curvilinear path
    • H01Q21/205—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a curvilinear path providing an omnidirectional coverage

Definitions

  • the present invention relates to an arrangement of antennal structures for telecommunications, a platform comprising the arrangement of antenna structures and a method of satellite communication between two stations using at least the arrangement of antenna structures.
  • obtaining good quality communication involves particular performances for the electromagnetic waves produced by the antennal structure used in the communication in terms of gain and level of the sidelobes (relationship between the intensity of the side lobes and the intensity of the main lobe).
  • a parabolic antenna structure comprising a source producing electromagnetic waves and a parabola arranged to focus the electromagnetic waves produced by the source.
  • the source is positioned at a focal point of the parable.
  • the dish In order to have the best performance with respect to the criteria mentioned previously in terms of gain and level of side lobes, the dish must have a diameter of at least 40 centimeters to avoid significant masking of the emitting source.
  • the antennal structure may have a troublesome size in certain applications involving in particular the implantation of the antennal structure on an aerial platform, for example, on a helicopter.
  • the use of an electronic scanning antenna structure may involve the use of an additional polarizer or coupled dual-feed structure, which may degrade slightly.
  • the gain of the radiating structure including the structure antennal and the polarizer may be used.
  • at least one engine is essential.
  • each antenna structure comprises a transmitting-receiving surface comprising an axis of symmetry and at least one elementary antenna having a helical shape and sized to emit and / or receive at least one electromagnetic wave having a frequency greater than 4 GHz, preferably comprised between 4 GHz and 50 GHz, in particular included in a spectrum band chosen from the X band and the Ku band. At least two axes of symmetry are concurrent.
  • the antenna array arrangement comprises one or more of the following features, taken singly or in any technically feasible combination:
  • each transmitting-receiving surface of an antenna structure is at least contiguous with a transmitting-receiving surface of another antenna structure;
  • the arrangement of antennal structures has an axis of symmetry, the axis of symmetry of each transmitting-receiving surface of each antenna structure of the arrangement forming an angle with the axis of symmetry of the arrangement of antenna structures ;
  • the antenna structures are arranged in at least three groups of antenna structures comprising one or more antenna structures, the axis of symmetry of each of the transmission-reception surfaces of the antenna structures of the first group forming an angle of between 0 ° and 30 °; ° with the axis of symmetry of the array of antenna structures, the axis of symmetry of each of the transmitting-receiving surfaces of the antenna structures of the second group forming an angle between 30 ° and 60 ° with the axis of symmetry of the array of antenna structures and the axis of symmetry of each of the transmitting-receiving surfaces of the antenna structures of the third group forming an angle of between 30 ° and 90 ° ° with the axis of symmetry of the arrangement of antenna structures;
  • each transmitting-receiving surface of an antenna structure is of generally circular shape, each elementary antenna of the antenna structure extending between a first end adjacent to the transmitting-receiving surface and a second end remote from the surface transmission-reception, each antennal structure also comprising two sets of a plurality of elementary antennas, the elementary antennas of each set being arranged along a circle of proper radius of this set, all said circles being concentric, the ratio between the radii of the two circles being preferably less than 25%;
  • the area of the emission-reception surface of each antenna structure is less than or equal to 100 * ⁇ 2 where " * " denotes the mathematical operation of multiplication, and ⁇ denotes the average wavelength of the different lengths of d waves of electromagnetic waves that the elementary antennas of the antenna structure are sized to transmit and / or receive;
  • the arrangement comprises a radome covering each transmitting-receiving surface
  • each antenna structure further comprises a housing whose base surface is the transmission-reception surface, and the elementary antennas comprise an electric field insertion rod and an insulation dielectric device inserted between the rod and the housing the radome being adapted to be fixed to the housing and having a positioning cavity adapted to receive the dielectric device in an inserted position;
  • the housing comprises a first inner wall parallel to the transmitting-receiving surface, the transmitting-receiving surface being between the first inner wall and the radome, the dielectric device being in abutment against the first inner wall when the radome is attached to the housing and the dielectric device is in its inserted position;
  • the dielectric device comprises a cavity for receiving the rod
  • the rod comprises a cylindrical cylindrical first straight portion
  • the dielectric device comprises a first end portion and a cylindrical second end portion with a circular base
  • the receiving cavity comprises an axial cavity adapted to receive the first portion; rectilinear, the first straight portion having a fourth diameter, the second end portion having a sixth diameter and the axial cavity having a second depth equal to half the sum of the fourth diameter and the sixth diameter;
  • the dielectric device comprises a cylindrical crown with a circular base having a seventh diameter
  • the emission-reception surface comprises a coaxial access orifice adapted to receive the dielectric device, the coaxial access orifice being cylindrical with a circular base and having a first diameter, the first diameter being greater than the seventh diameter;
  • the antenna structures are made of a metallized plastic material.
  • the invention also relates to a platform, including an aerial platform, comprising at least one antenna structure arrangement as described above.
  • the subject of the present invention is also a telecommunication method, in particular by satellite, between two stations comprising a step of transmitting or receiving electromagnetic waves having a frequency greater than 4 GHz, preferably between 4 GHz and 50 GHz, in particular included in a band of spectrum selected from the X band and the Ku band, by an array of antenna structures as described above.
  • FIGS. 1 to 3 diagrams of an antenna structure according to a first embodiment respectively in a top view, in perspective and in side view;
  • FIG. 4 is a graph showing the evolution of the adaptation of the antenna structure of the first embodiment as a function of frequency (in the case of a structure adapted by the X-band satellite bands);
  • FIGS. 6 to 8 diagrams of an antenna structure according to a second embodiment in perspective, in plan view and in side view;
  • FIG. 9 a radiation pattern in gain of the antenna structure of the second embodiment
  • FIGS. 12 and 13 are diagrams of an arrangement of antenna structures according to the invention in plan view and in side view, and
  • FIG. 14 a graph showing the evolution of the gain as a function of the angle of emission considered for the arrangement of antenna structures.
  • FIG. 10 An antenna structure 10 for telecommunications, in particular by satellite, is represented in FIG.
  • the antenna structure 10 comprises an elementary antenna 12, a transceiver surface 14 and a radome 16.
  • the elementary antenna 12 has a helical shape.
  • the elementary antenna 12 has an emissive portion consisting of a wire that describes a spiral that wraps around an axis. In this case, this axis is normal to the transceiver surface 14.
  • the projection of the spiral on the transceiver surface 14 is a circle whose diameter is denoted D. In a manner known per se, the diameter of the projection of the spiral, the number of turns of the spiral, the spacing between these turns make it possible to determine the frequency or frequencies that the elementary antenna 12 is suitable for transmitting or receiving.
  • the elementary antenna 12 may be sized to transmit and / or receive an electromagnetic wave having a frequency greater than 4 GHz for applications in the context of satellite communications. This means that such an elemental antenna 12 has an extension along the Z direction less than 20 millimeters (mm) and a diameter less than 30 mm.
  • the elementary antenna 12 is sized to emit and / or receive an electromagnetic wave having a frequency between 4 GHz and 50 GHz.
  • This means that such an elementary antenna 12 has an extension along the Z direction of between 1.5 mm and 20 mm and a diameter of between 2 mm and 30 mm.
  • the elementary antenna 12 is sized to emit and / or receive an electromagnetic wave having a frequency in a spectrum band selected from the X band and the Ku band.
  • an electromagnetic wave in the satellite communications domain belongs to the X band when the wave has a frequency between 7.2 GHz and 8.4 GHz.
  • an elementary antenna 12 is able to emit and / or receive an electromagnetic wave belonging to the X band if the elementary antenna 12 has an extension along the Z direction between 9 mm and 10 mm and a diameter between 14 mm and 15 mm.
  • an electromagnetic wave in the field of satellite communications belongs to the Ku band when the wave has a frequency between 10.7 GHz and 14.25 GHz.
  • an elementary antenna 12 is able to emit and / or receive an electromagnetic wave belonging to the Ku band if the elementary antenna 12 has an extension along the Z direction between 6 mm and 8 mm and a diameter between 10 mm and 12 mm.
  • the elementary antenna 12 extends between a first end 18 fed by a coaxial access present on the transceiver surface 14 and a second end 20 remote from the transceiver surface 14.
  • the first end 18 is adjacent at the transceiver surface 14.
  • the elementary antenna 12 thus protrudes from the transceiver surface 14.
  • the transceiver surface 14 is circular in shape.
  • the transceiver surface 14 has an area A less than or equal to 100 * ⁇ 2 where " * " denotes the mathematical operation of multiplication, and ⁇ denotes the average wavelength of the different wavelengths of the waves that the elementary antennas 12 are sized to transmit and / or receive.
  • the area A is less than 7600 mm 2 .
  • the antenna structure 10 further comprises a cylindrical housing 22 whose base surface is the transceiver surface 14.
  • the housing 22 delimits a supply cavity of the elementary antenna 12 in electromagnetic waves arranged with coaxial access orifices present on the transceiver surface 14.
  • the housing 22 has an input 24 for injecting an electromagnetic wave, the electric field of the electromagnetic wave then propagating in the radial cavity.
  • the elementary antenna 12 is provided with an insertion element of the electric field. This means that the elementary antenna 12 is devoid of an insertion loop of the magnetic field.
  • the insertion element of the electric field is a metal rod that may or may not be in contact with the housing 22.
  • a dielectric isolation device is inserted between the rod and housing 22 which maintains the straightness of the rod and incidentally the elemental antenna 12.
  • this dielectric device has dielectric characteristics less than 4 to ensure optimal performance of the antennal structure.
  • the radome 16 has a cylindrical shape whose base is the transceiver surface 14.
  • the radome 16 has a diameter of less than 50 millimeters (mm).
  • the radome 16 has an extension, along the Z direction, of less than 14 mm and is positioned at a distance greater than 1 mm from the elementary antennas 22.
  • the antenna structure 10 may be of metallized plastic, in particular the housing 22 and the elementary antenna 22 are in such a material to limit its overall weight. But ideally, the material must be a conductive metal.
  • the antenna structure 10 is powered by an electromagnetic wave.
  • Elemental antenna 12 captures the electric field from this electromagnetic wave to emit a wave in the desired frequency band.
  • Figure 4 shows that over the entire band of interest (in this case, it is the X band) the adaptation is less than -20 dB. This testifies to the good adaptation of the antenna in terms of impedance for operation in the X band.
  • the antenna structure 10 has a gain of the order of 13 dB.
  • the helical elementary source has a wide band, a band greater than 25% around the central operating frequency, circular polarization and very good radiation efficiency (in particular the axial ratio for such a small antenna is better than in the state of the art and apodization of the transmitted wave facilitated).
  • the antenna structure 10 has better performance than a parabola of reduced size, a better compactness and a reduced weight (this effect being accentuated in the second embodiment presented hereinafter).
  • This reduced weight makes it possible to reduce the stresses, especially in the case where the antenna structure 10 is accompanied by a mechanical positioner.
  • the antenna structure 10 is capable of emitting a circular polarized wave without the use of an additional polarizer.
  • FIG. 6 to 8 illustrate a second embodiment of the antenna structure 10 according to the invention.
  • the elements identical to the first embodiment of FIG. 1 are not described again. Only the differences are highlighted.
  • the antenna structure 10 comprises a plurality of elementary antennas 12.
  • Each elementary antenna 12 of FIGS. 6 to 8 is identical to the elementary antenna 12 described with reference to FIG.
  • the antenna structure 10 comprises at least two sets of a plurality of elementary antennas 12. According to the example of FIG. 6, the antenna structure 10 comprises two sets 30 and 32 of plurality of elementary antennas 12.
  • the elementary antennas 12 of each set 30, 32 are arranged along a circle of clean radius of this set 30, 32, all said circles 30, 32 being concentric.
  • the first assembly 30 comprises six elementary antennas 12 arranged along a first circle having a first radius R1 and the second assembly 32 comprises fourteen elementary antennas 12 arranged along a second circle. having a second radius R2.
  • the two radii R1 and R2 are such that the first radius R1 is smaller than the second radius R2.
  • the ratio between the two radii R1 and R2 is less than 25%.
  • the elementary antennas 12 are provided with insertion elements of the electric field.
  • the insertion elements of the electric field are in the form of metal rods. This means that the elementary antennas 12 are devoid of an insertion loop of the magnetic field.
  • the antenna structure 10 further comprises a cylindrical housing 22 whose base surface is the transceiver surface 14.
  • the rods supplying the elementary antennas 12 may or may not be in contact with the housing 22. In the case where there is no contact, an insulating dielectric device is inserted between the rod and the housing 22 which makes it possible to maintain the straightness of the stem and incidentally of the elementary antenna 12.
  • the housing 22 defines a supply cavity of the elementary antennae 12 in electromagnetic waves arranged in contact with the transceiver surface 14.
  • the radome 16 has a cylindrical shape whose base is the transceiver surface 14.
  • the radome 16 has a diameter of less than 120 mm and a height less than
  • the operation of the antenna structure 10 according to the second embodiment is similar to the operation of the antenna structure 10 according to the first embodiment.
  • the antenna structure 10 has a gain of the order of 20 dB.
  • the opening at -3 dB of the main lobe is of the order of 19 °.
  • the realization of the antenna structure 10 is simplified since the supply cavity is not very complex.
  • the antenna structure 10 has a wide band, greater than 10% around the central operating frequency and a very good radiation efficiency (better than 70%) with low losses.
  • the optimization of the antenna structure 10 to improve the reduction of the secondary lobes is also easy to implement since these depend solely on the position and the orientation of the elementary antennas 12.
  • the size of the antenna structure 10 is reduced, especially in the Z direction. This results in a better compactness of the antenna structure 10.
  • the gain of the antenna structure 10 is easily controllable since the increase in the number of elementary antennas 12 causes an increase in the gain of the antenna structure 10.
  • the antenna structure 10 has a smaller mass than the parabola of a parabolic antenna structure whose source is remote, especially if the material is metallized plastic.
  • the antenna structure 10 is made of metallized plastic, this can lead to decreases in the manufacturing cost of the antenna structure 10.
  • FIG. 10 illustrates a third embodiment of the antenna structure 10 according to the invention.
  • the elements identical to the first embodiment of FIG. 1 are not described again. Only the differences are highlighted.
  • the elementary antenna 12 comprises an insertion element of the electric field 100.
  • the housing 22 has a first inner wall 102 and a second inner wall 104 which delimit in the Z direction the electromagnetic wave supply cavity.
  • At least one coaxial access port 106 is provided in the transceiver surface 14.
  • the radome 16 comprises a third inner wall 108 and a positioning cavity 1.
  • the radome 16 is configured to be fixed to the housing 22.
  • a dielectric device 1 12 is inserted between the rod and the housing 22.
  • the dielectric device 1 12 is provided to maintain the straightness of the elementary antenna 12.
  • the dielectric device 13 also makes it possible to prevent the contact between the elementary antenna 12 and the housing 22.
  • the insertion element of the electric field 100 is a rod.
  • the rod 100 is made of metal.
  • the rod 100 is bent so that the rod 100 has two straight portions 1 14, 1 16 connected by a bend 1 18.
  • the first inner wall 102 is parallel to the transmitting-receiving surface
  • the first inner wall 102 is disk-shaped.
  • the first lower wall 102 is distant, in the direction Z, from a first distance H1 of the transceiver surface 14.
  • the second inner wall 104 is parallel to the transmitting-receiving surface 14.
  • the second inner wall 104 is carried by the same part as the transmitting-receiving surface 14.
  • the second inner wall 104 is in shape of a disc.
  • the coaxial access port 106 is delimited in the Z direction by the transceiver surface 14 and the first inner surface 100.
  • the coaxial access port 106 is cylindrical with a circular base, Z axis.
  • cylindrical access port 106 has a first diameter D1.
  • the third inner wall 108 faces the transceiver surface 14. In the Z direction, the third inner wall 108 is spaced a second distance H2 from the second inner wall 104.
  • the positioning cavity 1 10 is configured to receive the dielectric device 1 12 in an inserted position.
  • the positioning cavity 1 10 is cylindrical with a circular base.
  • the positioning cavity 1 10 has a second diameter D2.
  • the positioning cavity 1 10 has a first depth P1.
  • the dielectric device 1 12 has a first end 120, a second end 122, a lateral surface 124 and a cavity 126 for receiving the elementary antenna 12.
  • the first rectilinear portion 1 14 extends along the Z direction while the second straight portion 1 16 extends along the Y direction.
  • the first rectilinear portion 1 14 has a first length L1 along the Z direction.
  • the first rectilinear portion 1 14 is cylindrical, Z axis.
  • the first straight portion 1 14 is cylindrical with a circular base.
  • the first rectilinear portion 1 14 has a third diameter D3.
  • the second rectilinear part 1 16 has a second length L2 along the direction X.
  • the second rectilinear part 1 16 is cylindrical with axis X.
  • the second part rectilinear 1 16 has a fourth diameter D4.
  • the fourth diameter D4 is equal to the third diameter D3.
  • the first length L1 is greater than the second length L2. According to the example of FIG. 11, the first length L1 is greater than twice the second length L2.
  • the first end 120 is able to be inserted into the positioning cavity 1 10.
  • the first end 120 is flat.
  • the first end 120 is perpendicular to the Z direction.
  • the first end 120 is cylindrical with a circular base, and has a fifth diameter D5.
  • the fifth diameter D5 is less than or equal to the second diameter D2.
  • the second end 122 is parallel to the first end 120.
  • the second end 122 is flat.
  • the second end 122 is cylindrical with a circular base, and has a sixth diameter D6.
  • the sixth diameter D6 is greater than or equal to the fifth diameter D5.
  • the sixth diameter D6 is less than or equal to the first diameter D1.
  • the lateral surface 124 has a symmetry of revolution about the Z axis.
  • the lateral surface 124 has a first end portion 128, a second end portion 130 and a medial portion 132.
  • the receiving cavity 126 is configured to receive the rod 100.
  • the receiving cavity 126 is able to hold the rod 100 in position relative to the dielectric device 1 12.
  • the receiving cavity 126 is formed by the union of an axial cavity 134 and a lateral cavity 136.
  • the first end portion 128 is located between the middle portion 132 of the lateral surface 124 and the first end 120.
  • the first end portion 128 has a first shoulder 137, a first portion 138 delimited in the Z direction by the shoulder 137 and the first end 120, and a second portion 139 delimited in the direction Z by the shoulder 137 and the middle portion 132.
  • the first shoulder 137 is located at a third distance H3 from the first end 120.
  • the third distance H3 is less than or equal to the depth P1.
  • the first shoulder 137 is located at a fourth distance H4 from the second end 122. In FIG. 10, the fourth distance H4 is equal to the second distance H2.
  • the first portion 138 is complementary to the positioning cavity 1.
  • the first portion 138 is cylindrical with a Z axis.
  • the first portion 138 is cylindrical with a circular base.
  • the diameter of the first portion 138 is equal to the fifth diameter D5.
  • the first portion 138 is able to be mounted tightened in the positioning cavity 1 10.
  • the fifth diameter D5 is equal to the second diameter D2.
  • the second portion 139 is cylindrical with a Z axis.
  • the second portion 139 is cylindrical with a circular base.
  • the diameter of the second portion 139 is equal to the sixth diameter D6.
  • the second end portion 130 is located between the middle portion 132 of the lateral surface 124 and the second end 122.
  • the second end portion 120 is cylindrical with Z axis.
  • the second end portion 130 is cylindrical to circular base.
  • the diameter of the second end portion 130 is equal to the sixth diameter D6.
  • the middle portion 132 is located between the first end portion 128 and the second end portion 130.
  • the middle portion 132 is delimited in the Z direction by a second shoulder 140 and a third shoulder 142.
  • the middle portion 132 includes, in addition, a crown 144.
  • the second shoulder 140 is included, in the Z direction, between the crown 144 and the first end 120.
  • the third shoulder 142 is included, in the direction Z, between the crown 144 and the second end 122. In the direction Z, the third shoulder 142 is located at a fourth distance H4 from the second end 122. In Figure 1 1, the fourth distance H4 is equal to the first distance H1.
  • the axial cavity 134 extends between the second end 122 and the first shoulder 142.
  • the axial cavity 134 is adapted to receive the first rectilinear portion 1 14 by a translation along the Y direction.
  • the axial cavity 134 is parallelepipedal.
  • the three pairs of sides of the axial cavity 134 are respectively perpendicular to the directions X, Y and Z.
  • the axial cavity 134 has a first width 11 greater than or equal to the third diameter D3.
  • the first width 11 is equal to the third diameter D3.
  • the lateral cavity 136 is between the second shoulder 142 and the third shoulder 144.
  • the lateral cavity 136 is adapted to receive the second rectilinear portion 1 16 by a translation along the Y direction.
  • the lateral cavity 136 is parallelepipedal.
  • the three pairs of sides of the axial cavity 134 are respectively perpendicular to the directions X, Y and Z.
  • the lateral cavity 136 has a second width 12 greater than or equal to the fourth diameter D4.
  • the second width 12 is equal to the fourth diameter D4.
  • the ring 144 is cylindrical with a circular base, Z axis.
  • the ring 144 has a seventh diameter D7.
  • the seventh diameter D7 is greater than or equal to the sixth diameter D6. In FIG. 11, the seventh diameter D7 is smaller than the first diameter D1.
  • the crown 144 is delimited in the direction Z by the second shoulder 142 and the third shoulder 144.
  • the crown 144 In the direction Z, the crown 144 has a third width L3.
  • the third width L3 is greater than the fourth diameter D4.
  • the operation of the antenna structure 10 according to the third embodiment is similar to the operation of the antenna structure 10 according to the first embodiment.
  • the straightness of the dielectric device January 12 is fixed by the construction of the radome 16 and the positioning cavity 1 10. No specific tool is therefore used to fix the straightness of the dielectric device 12.
  • the dielectric device 1 12 is fixed relative to the radome 16, in the absence of a force exerted by an operator. This means that, when the dielectric device 1 12 is in its inserted position, the positioning cavity 1 10 exerts on the dielectric device a clamping force greater than the sum of the weights of the dielectric device 1 12 and the elementary antenna 12.
  • FIG. 12 and 13 show an arrangement 200 of antenna structures 10 in which the antenna structures 10 are all antenna structures 10 according to the second embodiment.
  • arrangement is meant a set of a plurality of independent antenna structures 10, each antenna structure 10 occupying a respective predetermined position.
  • Each antenna structure 10 is adapted to be controlled independently of each of the other antenna structures 10.
  • the input 24 of each antenna structure 10 is connected to a respective electromagnetic wave source (not shown).
  • each of the antenna structures 10 of the arrangement 200 is identical to the operation of an antenna structure 10 which is not part of the arrangement 100.
  • the antenna structures 10 of the arrangement 200 are antenna structures 10 according to the first embodiment.
  • the antenna structures 10 of the arrangement 200 are not all identical.
  • the antenna structures 10 used for the arrangement 200 are such that their transceiver surface 14 comprises an axis of symmetry.
  • At least two axes of symmetry of the transmission-reception surfaces 14 are concurrent since all the axes of symmetry of the transmission-reception surfaces 14 of the antenna structures 10 have at least one point in common with each other. another axis of symmetry of a transmission-reception surface 14 of another antenna structure 10.
  • the arrangement 200 comprises an axis of symmetry denoted D200.
  • the antenna structures 10 are arranged in four groups 202,
  • the first group 202 includes six antenna structures 10; the second group 204 includes eleven antennal structures 10; the third group 206 groups together fifteen antennal structures 10 and the fourth group 208 groups together a single antenna structure 10.
  • Each group 202, 204, 206, 208 groups antenna structures whose axis of symmetry with the transceiving surface 14 is at the same angle with the axis of symmetry D200 of the arrangement 200.
  • the axis of symmetry of each of the transmission-reception surfaces 14 of the antenna structures 10 of the first group 202 forms an angle a1 between 0 ° and 30 ° with the axis of symmetry D200 of the arrangement 200 of FIG. antennal structures.
  • a1 is equal to 30 °.
  • the axis of symmetry of each of the transmission-reception surfaces 14 of the antenna structures 10 of the second group 204 forms an angle ⁇ 2 between 30 ° and 60 ° with the axis of symmetry D200 of the arrangement 200 of antenna structures.
  • a2 is equal to 60 °.
  • each of the transmission-reception surfaces 14 of the antenna structures 10 of the third group 206 forms an angle a3 between 60 ° and 90 ° with the axis of symmetry D200 of the arrangement 200 of antenna structures.
  • a3 is equal to 90 °.
  • the antenna structure 10 of the fourth group 208 has a transmitting-receiving surface normal to the axis of symmetry D200 of the arrangement 200 of antennal structures.
  • antenna structures 10 are possible, the number of groups not being imposed. In addition, the number of antenna structures 10 in groups is also free. Preferably, the number of antenna groups and structures 10 is chosen so that the arrangement 200 has a good overlap in the half-space. It is understood by the term "a good overlap" that the angle for which a gain of at least 10 dB is obtained for the arrangement 200 is greater than 120 °. In this sense, the arrangement 200 may be termed a faceted network.
  • the proposed arrangement 200 makes it possible to ensure the functions of several antenna structures 10 in the X and Ku bands of satellite telecommunications, in the absence of motorization with good coverage, compact layout and good efficiency due to the performance of the antennas.
  • antennal structures 10 used.
  • the proposed arrangement 200 can be used in substitution of a small parabolic antenna and / or a scanning antenna for telecommunications applications between two stations, in particular by satellite. It should be noted that in this case, the radiation pattern of the antenna structure 10 thus produced is in accordance with the templates specified for use with certain satellites.
  • Such an arrangement 200 is advantageously usable in a platform, especially aerial. In the context of this use, the compactness of the arrangement 200 makes it possible to reduce the constraints on the implementations of equipment in the platform.
  • Such an arrangement 200 is also advantageously usable in an underwater context: the arrangement 200 is emerged and in wire connection with a submerged underwater platform. The underwater platform is then able to communicate with the outside via the arrangement 200.

Landscapes

  • Details Of Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

L'invention concerne un agencement (200) de structures antennaires (10) pour télécommunications, notamment par satellite, caractérisée en ce que chaque structure antennaire (10) comprend une surface d'émission-réception (14) comportant un axe de symétrie et au moins une antenne élémentaire (12) présentant une forme hélicoïdale et dimensionnée pour émettre et/ou recevoir au moins une onde électromagnétique présentant une fréquence supérieure à 4 GHz, de préférence comprise entre 4 GHz et 50 GHz, notamment comprise dans une bande de spectre choisie parmi la bande X et la bande Ku et en ce qu'au moins deux axes de symétries sont concourants.

Description

Agencement de structures antennaires pour télécommunications par satellites
La présente invention concerne un agencement de structures antennaires pour télécommunications, une plateforme comprenant l'agencement de structures antennaires et un procédé de communication par satellites entre deux stations utilisant au moins l'agencement de structures antennaires.
Dans le domaine des communications satellitaires haut débit (c'est-à-dire ne transmettant pas uniquement de la voix), l'obtention d'une communication de bonne qualité implique des performances particulières pour les ondes électromagnétiques produites par la structure antennaire utilisée dans la communication en termes de gain et de niveau des lobes secondaires (rapport entre l'intensité des lobes secondaires et l'intensité du lobe principal).
Pour cela, il est connu d'utiliser, par exemple, une structure antennaire de type parabolique comprenant une source produisant des ondes électromagnétiques et une parabole agencée pour focaliser les ondes électromagnétiques produites par la source. La source est positionnée à un point focal de la parabole.
Afin d'avoir les meilleures performances au regard des critères mentionnés précédemment en termes de gain et de niveau des lobes secondaires, la parabole doit présenter un diamètre d'au moins 40 centimètres pour éviter un masquage important de la source émettrice.
Toutefois, dans le cas précédent, pour pointer le faisceau rayonné dans une direction particulière, deux motorisations sont nécessaires. Aussi, la structure antennaire peut présenter un encombrement gênant dans certaines applications impliquant notamment l'implantation de la structure antennaire sur une plateforme aérienne, par exemple, sur un hélicoptère.
II est également connu d'utiliser une structure antennaire à balayage électronique par déphasage. Une telle structure antennaire implique d'utiliser des sources élémentaires le plus souvent sous la forme de patchs (notamment superposés) pour obtenir une bande passante relativement large. La vérification du critère en terme de gain pour la structure antennaire impose, en outre, de recourir à la mise en réseau d'un certain nombre de sources élémentaires.
Mais, cela entraîne une augmentation de l'encombrement global de la structure antennaire. De plus, dans le cas où l'émission d'une polarisation circulaire est souhaitée, l'emploi d'une structure antennaire à balayage électronique peut impliquer d'employer un polariseur additionnel ou une structure à double alimentation couplée, ce qui peut dégrader légèrement le gain de la structure rayonnante comprenant la structure antennaire et le polariseur. En outre, pour pointer le faisceau dans une direction particulière, au moins une motorisation est indispensable.
En fonction de l'encombrement global de la structure antennaire, des contraintes fortes en terme de couple moteur sont nécessaires au niveau du dispositif de motorisation à utiliser.
Dans certains contextes applicatifs, comme les plate-formes sous-marines, le recours à une motorisation ou à des éléments actifs (amplificateur-déphaseur) pour orienter le faisceau rayonnant dans l'une ou l'autre des directions est peu envisageable.
Il existe donc un besoin pour un agencement de structures antennaires pour télécommunications, en particulier satellitaires, présentant un encombrement réduit (c'est- à-dire de diamètre inférieur à 10 fois la longueur d'onde relative à la fréquence de fonctionnement) tout en permettant l'obtention d'une communication de bonne qualité, notamment en termes de gain et de réduction des lobes secondaires.
A cet effet, l'invention propose un agencement de structures antennaires pour télécommunications, notamment par satellite. Chaque structure antennaire comprend une surface d'émission-réception comportant un axe de symétrie et au moins une antenne élémentaire présentant une forme hélicoïdale et dimensionnée pour émettre et/ou recevoir au moins une onde électromagnétique présentant une fréquence supérieure à 4 GHz, de préférence comprise entre 4 GHz et 50 GHz, notamment comprise dans une bande de spectre choisie parmi la bande X et la bande Ku. Au moins deux axes de symétries sont concourants.
Suivant des modes de réalisation particuliers, l'agencement de structures antennaires comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- chaque surface d'émission-réception d'une structure antennaire est au moins contiguë à une surface d'émission-réception d'une autre structure antennaire ;
- l'agencement de structures antennaires présente un axe de symétrie, l'axe de symétrie de chaque surface d'émission-réception de chaque structure antennaire de l'agencement formant un angle avec l'axe de symétrie de l'agencement de structures antennaires ;
- les structures antennaires sont agencées en au moins trois groupes de structures antennaires comprenant une ou plusieurs structures antennaires, l'axe de symétrie de chacune des surfaces d'émission-réception des structures antennaires du premier groupe formant un angle compris entre 0° et 30° avec l'axe de symétrie de l'agencement de structures antennaires, l'axe de symétrie de chacune des surfaces d'émission-réception des structures antennaires du deuxième groupe formant un angle compris entre 30° et 60° avec l'axe de symétrie de l'agencement de structures antennaires et l'axe de symétrie de chacune des surfaces d'émission-réception des structures antennaires du troisième groupe formant un angle compris entre 30° et 90° avec l'axe de symétrie de l'agencement de structures antennaires ;
- chaque surface d'émission-réception d'une structure antennaire est de forme générale circulaire, chaque antenne élémentaire de la structure antennaire s'étendant entre une première extrémité adjacente à la surface d'émission-réception et une deuxième extrémité distante de la surface d'émission-réception, chaque structure antennaire comprenant également deux ensembles d'une pluralité d'antennes élémentaires, les antennes élémentaires de chaque ensemble étant agencées le long d'un cercle de rayon propre de cet ensemble, tous lesdits cercles étant concentriques, le rapport entre les rayons des deux cercles étant de préférence inférieur à 25 % ;
- l'aire de la surface d'émission-réception de chaque structure antennaire est inférieure ou égale à 100*λ2 où « * » désigne l'opération mathématique de multiplication, et λ désigne la longueur d'onde moyenne des différentes longueurs d'ondes des ondes électromagnétiques que les antennes élémentaires de la structure antennaire sont dimensionnées à émettre et/ou recevoir ;
- l'agencement comporte un radôme recouvrant chaque surface d'émission- réception ;
- chaque structure antennaire comprend en outre un boîtier dont la surface de base est la surface d'émission-réception, et les antennes élémentaires comprennent une tige d'insertion du champ électrique et un dispositif diélectrique d'isolation inséré entre la tige et le boîtier, le radôme étant propre à être fixé au boîtier et comportant une cavité de positionnement apte à recevoir le dispositif diélectrique dans une position insérée ;
- le boîtier comporte une première paroi intérieure parallèle à la surface d'émission-réception, la surface d'émission-réception étant comprise entre la première paroi intérieure et le radôme, le dispositif diélectrique étant en appui contre la première paroi intérieure lorsque le radôme est fixé au boîtier et le dispositif diélectrique est dans sa position insérée ;
- le dispositif diélectrique comporte une cavité de réception de la tige ;
- la tige comporte une première partie rectiligne cylindrique à base circulaire, le dispositif diélectrique comporte une première partie d'extrémité et une deuxième partie d'extrémité cylindrique à base circulaire, et la cavité de réception comporte une cavité axiale propre à recevoir la première partie rectiligne, la première partie rectiligne présentant un quatrième diamètre, la deuxième partie d'extrémité présentant un sixième diamètre et la cavité axiale présentant une deuxième profondeur égale à la moitié de la somme du quatrième diamètre et du sixième diamètre ;
- le dispositif diélectrique comporte une couronne cylindrique à base circulaire présentant un septième diamètre, la surface d'émission-réception comporte un orifice d'accès coaxial apte à recevoir le dispositif diélectrique, l'orifice d'accès coaxial étant cylindrique à base circulaire et présentant un premier diamètre, le premier diamètre étant supérieur au septième diamètre ;
- les structures antennaires sont faites dans un matériau en plastique métallisé.
En outre, l'invention se rapporte aussi à une plateforme, notamment aérienne, comprenant au moins un agencement de structures antennaires tel que décrit précédemment.
La présente invention a également pour objet un procédé de télécommunication, notamment par satellite, entre deux stations comprenant une étape d'émission ou de réception d'ondes électromagnétiques présentant une fréquence supérieure à 4 GHz, de préférence entre 4 GHz et 50 GHz, notamment comprise dans une bande de spectre choisie parmi la bande X et la bande Ku, par un agencement de structures antennaires tel que décrit précédemment.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui sont :
- figures 1 à 3, des schémas d'une structure antennaire selon un premier mode de réalisation respectivement en vue de haut, en perspective et en vue de côté ;
- figure 4, un graphique montrant l'évolution de l'adaptation de la structure antennaire du premier mode de réalisation en fonction de la fréquence (cas d'une structure adaptée par les bandes satellite en bande X) ;
- figure 5, un diagramme de rayonnement en gain de la structure antennaire du premier mode de réalisation ;
- figures 6 à 8, des schémas d'une structure antennaire selon un deuxième mode de réalisation en perspective, en vue de dessus et en vue de côté ;
- figure 9, un diagramme de rayonnement en gain de la structure antennaire du deuxième mode de réalisation ;
- figures 10 et 1 1 , des vues partielles en coupe selon un plan transversal de la structure antennaire de la figure 1 , la structure antennaire étant munie d'un dispositif diélectrique d'isolation apte à maintenir la rectitude de l'antenne élémentaire et à assurer les performances de rayonnement optimales. - figures 12 et 13, des schémas d'un agencement de structures antennaires selon l'invention en vue de dessus et en vue de côté, et
- figure 14, un graphique montrant l'évolution du gain en fonction de l'angle d'émission considéré pour l'agencement de structures antennaires.
Une structure antennaire 10 pour télécommunications, notamment par satellite, est représentée sur la figure 1 .
La structure antennaire 10 comprend une antenne élémentaire 12, une surface d'émission-réception 14 et un radôme 16.
L'antenne élémentaire 12 présente une forme hélicoïdale. Ainsi, l'antenne élémentaire 12 comporte une partie émissive constituée d'un fil métallique décrivant une spirale qui s'enroule autour d'un axe. En l'occurrence, cet axe est la normale à la surface d'émission-réception 14. La projection de la spirale sur la surface d'émission-réception 14 est un cercle dont le diamètre est noté D. De manière connue en soi, le diamètre de la projection de la spirale, le nombre de spires de la spirale, l'espacement entre ces spires permettent de déterminer la ou les fréquences que l'antenne élémentaire 12 est propre à émettre ou à recevoir.
L'antenne élémentaire 12 peut être dimensionnée pour émettre et/ou recevoir une onde électromagnétique présentant une fréquence supérieure à 4 GHz pour des applications dans le contexte des communications satellitaires. Cela signifie qu'une telle antenne élémentaire 12 présente une extension le long de la direction Z inférieure à 20 millimètres (mm) et un diamètre inférieur à 30 mm.
Avantageusement, l'antenne élémentaire 12 est dimensionnée pour émettre et/ou recevoir une onde électromagnétique présentant une fréquence comprise entre 4 GHz et 50 GHz. Cela signifie qu'une telle antenne élémentaire 12 présente une extension le long de la direction Z comprise entre 1 .5 mm et 20 mm et un diamètre compris entre 2 mm et 30 mm.
De préférence, l'antenne élémentaire 12 est dimensionnée pour émettre et/ou recevoir une onde électromagnétique présentant une fréquence comprise dans une bande de spectre choisie parmi la bande X et la bande Ku.
Par définition, une onde électromagnétique dans le domaine de communications satellitaires appartient à la bande X lorsque l'onde présente une fréquence comprise entre 7,2 GHz et 8,4 GHz. Ainsi, une antenne élémentaire 12 est propre à émettre et/ou recevoir une onde électromagnétique appartenant à la bande X si l'antenne élémentaire 12 présente une extension le long de la direction Z comprise entre 9 mm et 10 mm et un diamètre compris entre 14 mm et 15 mm. Par définition, une onde électromagnétique dans le domaine des communications satellitaires appartient à la bande Ku lorsque l'onde présente une fréquence comprise entre 10,7 GHz et 14,25 GHz. Ainsi, une antenne élémentaire 12 est propre à émettre et/ou recevoir une onde électromagnétique appartenant à la bande Ku si l'antenne élémentaire 12 présente une extension le long de la direction Z comprise entre 6 mm et 8 mm et un diamètre compris entre 10 mm et 12 mm.
L'antenne élémentaire 12 s'étend entre une première extrémité 18 alimentée par un accès coaxial présent sur la surface d'émission-réception 14 et une deuxième extrémité 20 distante de la surface d'émission-réception 14. La première extrémité 18 est adjacente à la surface d'émission-réception 14. L'antenne élémentaire 12 fait ainsi saillie depuis la surface d'émission-réception 14.
La surface d'émission-réception 14 est de forme circulaire.
La surface d'émission-réception 14 présente une aire A inférieure ou égale à 100*λ2 où « * » désigne l'opération mathématique de multiplication, et λ désigne la longueur d'onde moyenne des différentes longueurs d'ondes des ondes que les antennes élémentaires 12 sont dimensionnées à émettre et/ou recevoir.
Par exemple, selon l'exemple de la figure 1 , l'aire A est inférieure à 7600 mm2.
La structure antennaire 10 comporte, en outre, un boîtier 22 cylindrique dont la surface de base est la surface d'émission-réception 14.
Le boîtier 22 délimite une cavité d'alimentation de l'antenne élémentaire 12 en ondes électromagnétiques agencée avec des orifices d'accès coaxiaux présents sur la surface d'émission-réception 14.
Le boîtier 22 comporte une entrée 24 d'injection d'une onde électromagnétique, le champ électrique de l'onde électromagnétique se propageant ensuite dans la cavité radiale.
L'antenne élémentaire 12 est pourvue d'élément d'insertion du champ électrique. Cela signifie que l'antenne élémentaire 12 est dépourvue d'une boucle d'insertion du champ magnétique.
Dans un exemple, l'élément d'insertion du champ électrique est une tige métallique pouvant être ou non en contact avec le boîtier 22. Dans le cas où il n'aurait pas de contact, un dispositif diélectrique d'isolation est inséré entre la tige et le boîtier 22 qui permet de maintenir la rectitude de la tige et incidemment de l'antenne élémentaire 12. Idéalement ce dispositif diélectrique présente des caractéristiques diélectriques inférieures à 4 afin de garantir des performances optimales de la structure antennaire.
Le radôme 16 présente une forme cylindrique dont la base est la surface d'émission-réception 14. Le radôme 16 présente un diamètre inférieur à 50 millimètres (mm). Le radôme 16 présente une extension, le long de la direction Z, inférieure à 14 mm et est positionné à une distance supérieure à 1 mm des antennes élémentaires 22.
La structure antennaire 10 peut être en plastique métallisé, notamment le boîtier 22 et l'antenne élémentaire 22 sont dans un tel matériau pour limiter son poids global. Mais idéalement, le matériau doit être un métal conducteur.
En fonctionnement, la structure antennaire 10 est alimentée par une onde électromagnétique. L'antenne élémentaire 12 capte le champ électrique issu de cette onde électromagnétique pour émettre une onde dans la bande de fréquence souhaitée.
La figure 4 montre que sur toute la bande d'intérêt (dans ce cas, il s'agit de la bande X) l'adaptation est inférieure à -20 dB. Cela témoigne de la bonne adaptation de l'antenne en terme d'impédance pour un fonctionnement dans la bande X.
Il apparaît sur la figure 5 que la structure antennaire 10 présente un gain de l'ordre de 13 dB.
La source élémentaire hélicoïdale présente une large bande, soit une bande supérieure à 25% autour de la fréquence centrale de fonctionnement, à polarisation circulaire et une très bonne efficacité de rayonnement (notamment le rapport axial pour une aussi petite antenne est meilleur que dans l'état de la technique et apodisation de l'onde émise facilitée).
II en résulte que la structure antennaire 10 présente des meilleures performances qu'une parabole de taille réduite, une meilleure compacité et un poids réduit (cet effet étant accentué dans le second mode de réalisation présenté ci-après). Ce poids réduit permet de réduire les contraintes notamment dans le cas où la structure antennaire 10 est accompagnée d'un positionneur mécanique. La structure antennaire 10 est capable d'émettre une onde polarisée circulaire sans utilisation d'un polariseur additionnel.
Les figures 6 à 8 illustrent un deuxième mode de réalisation de la structure antennaire 10 selon l'invention. Les éléments identiques au premier mode de réalisation de la figure 1 ne sont pas décrits à nouveau. Seules les différences sont mises en évidence.
Dans le deuxième mode de réalisation, au lieu d'une seule antenne élémentaire
12, la structure antennaire 10 comporte une pluralité d'antennes élémentaires 12.
Chaque antenne élémentaire 12 des figures 6 à 8 est identique à l'antenne élémentaire 12 décrite en référence à la figure 1 .
En variante, certaines antennes sont différentes. La structure antennaire 10 comprend au moins deux ensembles d'une pluralité d'antennes élémentaires 12. Selon l'exemple de la figure 6, la structure antennaire 10 comprend deux ensembles 30 et 32 de pluralité d'antennes élémentaires 12.
Les antennes élémentaires 12 de chaque ensemble 30, 32 sont agencées le long d'un cercle de rayon propre de cet ensemble 30, 32, tous lesdits cercles 30, 32 étant concentriques.
Ainsi, dans le cas de la figure 6, le premier ensemble 30 comprend six antennes élémentaires 12 agencées le long d'un premier cercle présentant un premier rayon R1 et le deuxième ensemble 32 comprend quatorze antennes élémentaires 12 agencées le long d'un deuxième cercle présentant un deuxième rayon R2. Les deux rayons R1 et R2 sont tels que le premier rayon R1 est inférieur au deuxième rayon R2.
De préférence, le rapport entre les deux rayons R1 et R2 est inférieur à 25%.
Les antennes élémentaires 12 sont pourvues d'éléments d'insertion du champ électrique. Selon l'exemple représenté, les éléments d'insertion du champ électrique sont en forme de tiges métalliques. Cela signifie que les antennes élémentaires 12 sont dépourvues d'une boucle d'insertion du champ magnétique.
La structure antennaire 10 comporte, en outre, un boîtier 22 cylindrique dont la surface de base est la surface d'émission-réception 14.
Les tiges alimentant les antennes élémentaires 12 peuvent être ou non en contact avec le boîtier 22. Dans le cas où il n'y aurait pas de contact, un dispositif diélectrique d'isolation est inséré entre la tige et le boîtier 22 qui permet de maintenir la rectitude de la tige et incidemment de l'antenne élémentaire 12.
Le boîtier 22 délimite une cavité d'alimentation des antennes élémentaires 12 en ondes électromagnétiques agencée en contact avec la surface d'émission-réception 14.
Le radôme 16 présente une forme cylindrique dont la base est la surface d'émission-réception 14.
Le radôme 16 présente un diamètre inférieur à 120 mm et une hauteur inférieure à
30 mm.
Le fonctionnement de la structure antennaire 10 selon le deuxième mode de réalisation est similaire au fonctionnement de la structure antennaire 10 selon le premier mode de réalisation.
Il apparaît sur la figure 9 que la structure antennaire 10 présente un gain de l'ordre de 20 dB. En outre, l'ouverture à -3dB du lobe principal est de l'ordre de 19°.
Dans le cas du mode de réalisation avec une cavité radiale pour l'alimentation (surface d'émission-réception 14 en format circulaire), la réalisation de la structure antennaire 10 est simplifiée puisque la cavité d'alimentation est peu complexe. En outre, la structure antennaire 10 présente une large bande, supérieure à 10 % autour de la fréquence centrale de fonctionnement et une très bonne efficacité de rayonnement (meilleure que 70 %) avec des pertes faibles.
L'optimisation de la structure antennaire 10 pour améliorer la réduction des lobes secondaires est également facile à mettre en œuvre puisque ceux-ci dépendent uniquement de la position et de l'orientation des antennes élémentaires 12.
La taille de la structure antennaire 10 est réduite, notamment dans la direction Z. Il en résulte une meilleure compacité de la structure antennaire 10.
Le gain de la structure antennaire 10 est aisément contrôlable puisque l'augmentation du nombre d'antennes élémentaires 12 entraîne une augmentation du gain de la structure antennaire 10.
La structure antennaire 10 présente une masse plus faible que la parabole d'une structure antennaire 10 parabolique dont la source est déportée, notamment si la matière est du plastique métallisé.
De plus, dans le cas où la structure antennaire 10 est réalisée en plastique métallisé, ceci peut conduire à des baisses du coût de fabrication de la structure antennaire 10.
La figure 10 illustre un troisième mode de réalisation de la structure antennaire 10 selon l'invention. Les éléments identiques au premier mode de réalisation de la figure 1 ne sont pas décrits à nouveau. Seules les différences sont mises en évidence.
Dans la suite de cette description, il est utilisé le repère défini dans la figure 1 , dans lequel la direction Z est la normale à la surface d'émission-réception 14.
Dans le troisième mode de réalisation, l'antenne élémentaire 12 comporte un élément d'insertion du champ électrique 100.
Le boîtier 22 présente une première paroi intérieure 102 et une deuxième paroi intérieure 104 qui délimitent selon la direction Z la cavité d'alimentation en ondes électromagnétiques.
Au moins un orifice d'accès coaxial 106 est ménagé dans la surface d'émission- réception 14.
Le radôme 16 comprend une troisième paroi intérieure 108 et une cavité de positionnement 1 10. Le radôme 16 est configuré pour être fixé au boîtier 22.
Un dispositif diélectrique 1 12 est inséré entre la tige et le boîtier 22. Le dispositif diélectrique 1 12 est prévu pour maintenir la rectitude de l'antenne élémentaire 12. Le dispositif diélectrique 13 permet également d'empêcher le contact entre l'antenne élémentaire 12 et le boîtier 22. Selon l'exemple de la figure 10, l'élément d'insertion du champ électrique 100 est une tige. En outre, la tige 100 est réalisée en métal.
Dans le cas de la figure 10, la tige 100 est coudée de sorte que la tige 100 comporte deux parties rectilignes 1 14, 1 16 reliées par un coude 1 18.
La première paroi intérieure 102 est parallèle à la surface d'émission-réception
14. Sur la figure 10, la première paroi intérieure 102 est en forme d'un disque. La première paroi inférieure 102 est distante, selon la direction Z, d'une première distance H1 de la surface d'émission-réception 14.
La deuxième paroi intérieure 104 est parallèle à la surface d'émission- réception 14. La deuxième paroi intérieure 104 est portée par la même pièce que la surface d'émission-réception 14. Sur la figure 10, la deuxième paroi intérieure 104 est en forme d'un disque.
L'orifice d'accès coaxial 106 est délimité selon la direction Z par la surface d'émission-réception 14 et la première surface intérieure 100. L'orifice d'accès coaxial 106 est cylindrique à base circulaire, d'axe Z. L'orifice d'accès cylindrique 106 a un premier diamètre D1 .
La troisième paroi intérieure 108 fait face à la surface d'émission-réception 14. Selon la direction Z, la troisième paroi intérieure 108 est distante d'une deuxième distance H2 de la deuxième paroi intérieure 104.
La cavité de positionnement 1 10 est configurée pour recevoir le dispositif diélectrique 1 12 dans une position insérée. Sur la figure 10, la cavité de positionnement 1 10 est cylindrique à base circulaire. La cavité de positionnement 1 10 présente un deuxième diamètre D2. La cavité de positionnement 1 10 présente une première profondeur P1 .
Le dispositif diélectrique 1 12 comporte une première extrémité 120, une deuxième extrémité 122, une surface latérale 124 et une cavité 126 de réception de l'antenne élémentaire 12.
La première partie rectiligne 1 14 s'étend le long de la direction Z tandis que la deuxième partie rectiligne 1 16 s'étend le long de la direction Y.
La première partie rectiligne 1 14 présente une première longueur L1 le long de la direction Z. La première partie rectiligne 1 14 est cylindrique, d'axe Z La première partie rectiligne 1 14 est cylindrique à base circulaire. La première partie rectiligne 1 14 présente un troisième diamètre D3.
La deuxième partie rectiligne 1 16 présente une deuxième longueur L2 le long de la direction X. La deuxième partie rectiligne 1 16 est cylindrique d'axe X. La deuxième partie rectiligne 1 16 présente un quatrième diamètre D4. Sur la figure 1 1 , le quatrième diamètre D4 est égal au troisième diamètre D3.
La première longueur L1 est supérieure à la deuxième longueur L2. Selon l'exemple de la figure 1 1 , la première longueur L1 est supérieure au double de la deuxième longueur L2.
La première extrémité 120 est apte à être insérée dans la cavité de positionnement 1 10. La première extrémité 120 est plane. La première extrémité 120 est perpendiculaire à la direction Z. La première extrémité 120 est cylindrique à base circulaire, et présente un cinquième diamètre D5. Le cinquième diamètre D5 est inférieur ou égal au deuxième diamètre D2.
La deuxième extrémité 122 est parallèle à la première extrémité 120. La deuxième extrémité 122 est plane. La deuxième extrémité 122 est cylindrique à base circulaire, et présente un sixième diamètre D6. Le sixième diamètre D6 est supérieur ou égal au cinquième diamètre D5. Le sixième diamètre D6 est inférieur ou égal au premier diamètre D1 .
La surface latérale 124 présente une symétrie de révolution autour de l'axe Z. La surface latérale 124 comporte une première partie d'extrémité 128, une deuxième partie d'extrémité 130 et une partie médiane 132.
La cavité de réception 126 est configurée pour recevoir la tige 100. La cavité de réception 126 est apte à maintenir la tige 100 en position par rapport au dispositif diélectrique 1 12. La cavité de réception 126 est formée par la réunion d'une cavité axiale 134 et d'une cavité latérale 136.
La première partie d'extrémité 128 est située entre la partie médiane 132 de la surface latérale 124 et la première extrémité 120. La première partie d'extrémité 128 comporte un premier épaulement 137, une première portion 138 délimitée selon la direction Z par l'épaulement 137 et la première extrémité 120, et une deuxième portion 139 délimitée selon la direction Z par l'épaulement 137 et la partie médiane 132.
Le premier épaulement 137 est situé à une troisième distance H3 de la première extrémité 120. La troisième distance H3 est inférieure ou égale à la profondeur P1 . Le premier épaulement 137 est situé à une quatrième distance H4 de la deuxième extrémité 122. Sur la figure 10, la quatrième distance H4 est égale à la deuxième distance H2.
La première portion 138 est complémentaire de la cavité de positionnement 1 10. Sur la figure 10, la première portion 138 est cylindrique d'axe Z. La première portion 138 est cylindrique à base circulaire. Le diamètre de la première portion 138 est égal au cinquième diamètre D5. De préférence, la première portion 138 est apte à être montée serrée dans la cavité de positionnement 1 10. Par exemple, le cinquième diamètre D5 est égal au deuxième diamètre D2.
La deuxième portion 139 est cylindrique d'axe Z. La deuxième portion 139 est cylindrique à base circulaire. Le diamètre de la deuxième portion 139 est égal au sixième diamètre D6. La deuxième partie d'extrémité 130 est située entre la partie médiane 132 de la surface latérale 124 et la deuxième extrémité 122. La deuxième partie d'extrémité 120 est cylindrique à d'axe Z. La deuxième partie d'extrémité 130 est cylindrique à base circulaire. Le diamètre de la deuxième partie d'extrémité 130 est égal au sixième diamètre D6.
La partie médiane 132 est située entre la première partie d'extrémité 128 et la deuxième partie d'extrémité 130. La partie médiane 132 est délimitée selon la direction Z par un deuxième épaulement 140 et un troisième épaulement 142. La partie médiane 132 comporte, en outre, une couronne 144.
Le deuxième épaulement 140 est compris, selon la direction Z, entre la couronne 144 et la première extrémité 120. Le troisième épaulement 142 est compris, selon la direction Z, entre la couronne 144 et la deuxième extrémité 122. Selon la direction Z, le troisième épaulement 142 est situé à une quatrième distance H4 de la deuxième extrémité 122. Sur la figure 1 1 , la quatrième distance H4 est égale à la première distance H1 .
La cavité axiale 134 s'étend entre la deuxième extrémité 122 et le premier épaulement 142. La cavité axiale 134 est apte à recevoir la première partie rectiligne 1 14 par une translation selon la direction Y. Par exemple, la cavité axiale 134 est parallélépipédique. Sur la figure 1 1 , les trois paires de côtés de la cavité axiale 134 sont respectivement perpendiculaires aux directions X, Y et Z. Selon la direction X, la cavité axiale 134 présente une première largeur 11 supérieure ou égale au troisième diamètre D3. Sur la figure 1 1 , la première largeur 11 est égale au troisième diamètre D3.
La cavité axiale 134 est configurée de telle sorte que, lorsque la première partie rectiligne 1 14 est insérée dans la cavité axiale 134, l'axe de révolution de la première partie rectiligne 1 14 est confondu avec l'axe de révolution de la surface latérale 124. Selon la direction Y, la cavité axiale 134 présente une deuxième profondeur P2 égale à la moitié de la somme entre le sixième diamètre D6 et le troisième diamètre D3. En d'autres termes, on a mathématiquement P2=(D6+D3)/2.
La cavité latérale 136 est comprise entre le deuxième épaulement 142 et le troisième épaulement 144. La cavité latérale 136 est apte à recevoir la deuxième partie rectiligne 1 16 par une translation selon la direction Y. Par exemple, la cavité latérale 136 est parallélépipédique. Sur la figure 10, les trois paires de côtés de la cavité axiale 134 sont respectivement perpendiculaires aux directions X, Y et Z. Selon la direction Z, la cavité latérale 136 présente une deuxième largeur 12 supérieure ou égale au quatrième diamètre D4. Sur la figure 10, la deuxième largeur 12 est égale au quatrième diamètre D4.
La couronne 144 est cylindrique à base circulaire, d'axe Z. La couronne 144 présente un septième diamètre D7. Le septième diamètre D7 est supérieur ou égal au sixième diamètre D6. Sur la figure 1 1 , le septième diamètre D7 est inférieur au premier diamètre D1 .
Selon la direction Y, la cavité latérale 136 présente une troisième profondeur P3 égale à la moitié de la somme entre le septième diamètre D7 et le troisième diamètre D4. En d'autres termes, on a mathématiquement P3 = (D7+D4)/2.
La couronne 144 est délimitée selon la direction Z par le deuxième épaulement 142 et le troisième épaulement 144.
Selon la direction Z, la couronne 144 présente une troisième largeur L3. La troisième largeur L3 est supérieure au quatrième diamètre D4.
Le fonctionnement de la structure antennaire 10 selon le troisième mode de réalisation est similaire au fonctionnement de la structure antennaire 10 selon le premier mode de réalisation.
Une fois inséré dans la cavité de positionnement 1 10, la rectitude du dispositif diélectrique 1 12 est fixée par la construction du radôme 16 et de la cavité de positionnement 1 10. Aucun outil spécifique n'est donc employé pour fixer la rectitude du dispositif diélectrique 1 12. Lorsque le dispositif diélectrique 1 12 est dans sa position insérée, le dispositif diélectrique est fixe par rapport au radôme 16, en l'absence d'une force exercée par un opérateur. Cela signifie que, lorsque le dispositif diélectrique 1 12 est dans sa position insérée, la cavité de positionnement 1 10 exerce sur le dispositif diélectrique une force de serrage supérieure à la somme des poids du dispositif diélectrique 1 12 et de l'antenne élémentaire 12.
De plus, il est possible de pré-assembler une pluralité d'antennes élémentaires 12 et de dispositifs diélectriques 1 12 au radôme 16 avant de fixer le radôme 16 au boîtier 22. Chacune des antennes élémentaires 12 peut être retirée ou remplacée aisément. Le montage de la structure antennaire 10 est ainsi simplifié. Lors du montage de la structure antennaire 10, l'antenne élémentaire 12 est insérée dans le dispositif diélectrique 1 12. Le dispositif diélectrique 1 12 est ensuite inséré dans la cavité de positionnement 1 10, puis le radôme 16 est fixé au boîtier 22. Le dispositif diélectrique 1 12 s'étend alors à travers l'orifice d'accès coaxial 106 sans être en contact avec la surface d'émission-réception 14. Les figures 12 et 13 présentent un agencement 200 de structures antennaires 10 dans lequel les structures antennaires 10 sont toutes des structures antennaires 10 selon le deuxième mode de réalisation. Il est entendu par « agencement » un ensemble d'une pluralité de structures antennaires 10 indépendantes, chaque structure antennaire 10 occupant une position respective déterminée.
Chaque structure antennaire 10 est propre à être commandée indépendamment de chacune des autres structures antennaires 10. Par exemple, l'entrée 24 de chaque structure antennaire 10 est connectée à une source d'ondes électromagnétiques respective (non représentée).
Le fonctionnement de chacune des structures antennaires 10 de l'agencement 200 est identique au fonctionnement d'une structure antennaire 10 qui ne fait pas partie de l'agencement 100. En variante, les structures antennaires 10 de l'agencement 200 sont des structures antennaires 10 selon le premier mode de réalisation.
Selon une autre variante, les structures antennaires 10 de l'agencement 200 ne sont pas toutes identiques.
Les structures antennaires 10 utilisées pour l'agencement 200 sont telles que leur surface d'émission-réception 14 comprenne un axe de symétrie.
Dans le cas de l'agencement 200, au moins deux axes de symétries des surfaces d'émission-réception 14 sont concourants puisque tous les axes de symétries des surfaces d'émission-réception 14 des structures antennaires 10 ont au moins un point commun avec un autre axe de symétrie d'une surface d'émission-réception 14 d'une autre structure antennaire 10.
Plus précisément, selon l'exemple de la figure 13, l'agencement 200 comprend un axe de symétrie noté D200.
En outre, les structures antennaires 10 sont agencées selon quatre groupes 202,
204, 206, 208 de structures antennaires 10. Le premier groupe 202 regroupe six structures antennaires 10 ; le deuxième groupe 204 regroupe onze structures antennaires 10 ; le troisième groupe 206 regroupe quinze structures antennaires 10 et le quatrième groupe 208 regroupe une seule structure antennaire 10.
Chaque groupe 202, 204, 206, 208 regroupe des structures antennaires 10 dont l'axe de symétrie avec la surface d'émission-réception 14 fait le même angle avec l'axe de symétrie D200 de l'agencement 200.
Plus précisément, l'axe de symétrie de chacune des surfaces d'émission- réception 14 des structures antennaires 10 du premier groupe 202 forme un angle a1 compris entre 0° et 30° avec l'axe de symétrie D200 de l'agencement 200 de structures antennaires. En l'occurrence, a1 est égal à 30°. L'axe de symétrie de chacune des surfaces d'émission-réception 14 des structures antennaires 10 du deuxième groupe 204 forme un angle a2 compris entre 30° et 60° avec l'axe de symétrie D200 de l'agencement 200 de structures antennaires. En l'occurrence, a2 est égal à 60°.
L'axe de symétrie de chacune des surfaces d'émission-réception 14 des structures antennaires 10 du troisième groupe 206 forme un angle a3 compris entre 60° et 90° avec l'axe de symétrie D200 de l'agencement 200 de structures antennaires. En l'occurrence, a3 est égal à 90°.
En outre, la structure antennaire 10 du quatrième groupe 208 présente une surface d'émission-réception normale à l'axe de symétrie D200 de l'agencement 200 de structures antennaires.
D'autres répartitions des structures antennaires 10 sont possibles, le nombre de groupes n'étant pas imposé. En outre, le nombre de structures antennaires 10 par groupes est également libre. De préférence, le nombre de groupe et de structures antennaires 10 est choisi pour que l'agencement 200 présente un bon recouvrement dans le demi-espace. Il est entendu par l'expression « un bon recouvrement » que l'angle pour lequel un gain d'au moins 10 dB est obtenu pour l'agencement 200 est supérieur à 120°. En ce sens, l'agencement 200 peut être qualifié de réseau facetté.
Les performances obtenues par l'agencement 200 proposé sont illustrées par le graphique de la figure 14. Ces performances sont telles qu'un bon recouvrement dans le demi-espace au sens de la définition précédente est effectivement obtenu.
L'agencement 200 proposé permet d'assurer les fonctions de plusieurs structures antennaires 10 dans les bandes X et Ku des télécommunications par satellites, en l'absence de motorisation avec un bon recouvrement, un agencement compact et une bonne efficacité du fait des performances des structures antennaires 10 utilisées. En outre, il est possible de ne pas utiliser de polariseur puisque la structure antennaire 10 est polarisée.
Ainsi, l'agencement 200 proposé est utilisable en substitution d'une antenne parabolique de petite dimension et/ou d'une antenne à balayage pour des applications de télécommunications entre deux stations, notamment par satellite. Il est à noter que dans ce cas, le diagramme de rayonnement de la structure antennaire 10 ainsi réalisée est conforme aux gabarits spécifiés pour être utilisé avec certains satellites.
Un tel agencement 200 est avantageusement utilisable dans une plateforme, notamment aérienne. Dans le cadre de cette utilisation, la compacité de l'agencement 200 permet de réduire les contraintes sur les implantations d'équipements dans la plateforme. Un tel agencement 200 est également avantageusement utilisable dans un contexte sous-marin : l'agencement 200 est émergé et en liaison filaire avec une plateforme sous-marine immergée. La plateforme sous-marine est alors capable de communiquer avec l'extérieur via l'agencement 200.

Claims

REVENDICATIONS
1 . - Agencement (200) de structures antennaires (10) pour télécommunications, notamment par satellite, caractérisée en ce que chaque structure antennaire (10) comprend une surface d'émission-réception (14) comportant un axe de symétrie et au moins une antenne élémentaire (12) présentant une forme hélicoïdale et dimensionnée pour émettre et/ou recevoir au moins une onde électromagnétique présentant une fréquence supérieure à 4 GHz, de préférence comprise entre 4 GHz et 50 GHz, notamment comprise dans une bande de spectre choisie parmi la bande X et la bande Ku et en ce qu'au moins deux axes de symétries sont concourants.
2. - Agencement de structures antennaires selon la revendication 1 , dans lequel chaque surface d'émission-réception (14) d'une structure antennaire (10) est au moins contiguë à une surface d'émission-réception (14) d'une autre structure antennaire (10).
3. - Agencement de structures antennaires selon la revendication 1 ou 2, présentant un axe de symétrie (D200), l'axe de symétrie de chaque surface d'émission- réception (14) de chaque structure antennaire (10) de l'agencement (200) formant un angle avec l'axe de symétrie (D200) de l'agencement (200) de structures antennaires.
4. - Agencement (200) de structures antennaires selon la revendication 3, dans lequel, les structures antennaires (10) sont agencées en au moins trois groupes de structures antennaires (10) comprenant une ou plusieurs structures antennaires (10), l'axe de symétrie de chacune des surfaces d'émission-réception (14) des structures antennaires (10) du premier groupe formant un angle compris entre 0° et 30° avec l'axe de symétrie (D200) de l'agencement (200) de structures antennaires, l'axe de symétrie de chacune des surfaces d'émission-réception (14) des structures antennaires (10) du deuxième groupe formant un angle compris entre 30° et 60° avec l'axe de symétrie (D200) de l'agencement (200) de structures antennaires et l'axe de symétrie de chacune des surfaces d'émission-réception (14) des structures antennaires (10) du troisième groupe formant un angle compris entre 30° et 90° avec l'axe de symétrie (D200) de l'agencement (200) de structures antennaires.
5. - Agencement de structures antennaires selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel chaque surface d'émission-réception (14) d'une structure antennaire (10) est de forme générale circulaire, chaque antenne élémentaire (12) de la structure antennaire (10) s'étendant entre une première extrémité (18) adjacente à la surface d'émission-réception (14) et une deuxième extrémité (20) distante de la surface d'émission-réception (14), chaque structure antennaire (10) comprenant également deux ensembles d'une pluralité d'antennes élémentaires (12), les antennes élémentaires (12) de chaque ensemble (30, 32) étant agencées le long d'un cercle de rayon propre (R1 , R2) de cet ensemble (30, 32), tous lesdits cercles étant concentriques, le rapport entre les rayons des deux cercles étant de préférence inférieur à 25%.
6. - Agencement de structures antennaires selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'aire (A) de la surface d'émission-réception (14) de chaque structure antennaire (10) est inférieure ou égale à 100*λ2 où :
- « * » désigne l'opération mathématique de multiplication, et
- λ désigne la longueur d'onde moyenne des différentes longueurs d'ondes des ondes électromagnétiques que les antennes élémentaires (12) de la structure antennaire (10) sont dimensionnées à émettre et/ou recevoir
7. - Agencement de structures antennaires selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'agencement comporte un radôme (16) recouvrant chaque surface d'émission-réception (14).
8. - Agencement selon la revendication 7, dans lequel chaque structure antennaire (10) comprend en outre un boîtier (22) dont la surface de base est la surface d'émission- réception (14), et les antennes élémentaires (12) comprennent une tige (100) d'insertion du champ électrique et un dispositif diélectrique (1 12) d'isolation inséré entre la tige (100) et le boîtier (22), le radôme (16) étant propre à être fixé au boîtier (22) et comportant une cavité de positionnement (1 10) apte à recevoir le dispositif diélectrique (1 12) dans une position insérée.
9. - Agencement selon la revendication 8, dans lequel le boîtier (22) comporte une première paroi intérieure (102) parallèle à la surface d'émission-réception (14), la surface d'émission-réception (14) étant comprise entre la première paroi intérieure (102) et le radôme (16), le dispositif diélectrique (1 12) étant en appui contre la première paroi intérieure (102) lorsque le radôme (16) est fixé au boîtier (22) et le dispositif diélectrique (1 12) est dans sa position insérée.
10. - Agencement selon la revendication 8 ou 9, dans lequel le dispositif diélectrique (1 12) comporte une cavité (126) de réception de la tige (100).
1 1 . - Agencement selon la revendication 10, dans lequel la tige (100) comporte une première partie rectiligne (1 14) cylindrique à base circulaire, le dispositif diélectrique (1 12) comporte une première partie d'extrémité (128) et une deuxième partie d'extrémité (130) cylindrique à base circulaire, et la cavité de réception (126) comporte une cavité axiale (134) propre à recevoir la première partie rectiligne (1 14),
la première partie rectiligne (1 14) présentant un quatrième diamètre (D4), la deuxième partie d'extrémité (130) présentant un sixième diamètre (D6) et la cavité axiale (134) présentant une deuxième profondeur (P2) égale à la moitié de la somme du quatrième diamètre (D4) et du sixième diamètre (D6).
12. - Agencement selon l'une quelconque des revendications 8 à 1 1 , dans lequel le dispositif diélectrique (1 12) comporte une couronne (144) cylindrique à base circulaire présentant un septième diamètre (D7), la surface d'émission-réception (14) comporte un orifice d'accès coaxial (106) apte à recevoir le dispositif diélectrique (1 12), l'orifice d'accès coaxial (106) étant cylindrique à base circulaire et présentant un premier diamètre (D1 ), le premier diamètre (D1 ) étant supérieur au septième diamètre (D7).
13. - Agencement de structures antennaires selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel les structures antennaires sont faites dans un matériau en plastique métallisé.
14.- Plateforme, notamment aérienne, comprenant au moins un agencement (200) de structures antennaires selon l'une quelconque des revendications 1 à 13.
15.- Procédé de télécommunication, notamment par satellite, entre deux stations comprenant une étape d'émission ou de réception d'ondes électromagnétiques présentant une fréquence supérieure à 4 GHz, de préférence entre 4 GHz et 50 GHz, notamment comprise dans une bande de spectre choisie parmi la bande X et la bande Ku, par un agencement (200) de structures antennaires selon l'une quelconque des revendications 1 à 13.
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