EP3804034A1 - Module radiofréquence - Google Patents

Module radiofréquence

Info

Publication number
EP3804034A1
EP3804034A1 EP18834018.6A EP18834018A EP3804034A1 EP 3804034 A1 EP3804034 A1 EP 3804034A1 EP 18834018 A EP18834018 A EP 18834018A EP 3804034 A1 EP3804034 A1 EP 3804034A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
waveguides
module according
radio frequency
different
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP18834018.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Esteban Menargues Gomez
Tomislav Debogovic
Santiago Capdevila Cascante
Emile De Rijk
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.)
Swissto12 SA
Original Assignee
Swissto12 SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Swissto12 SA filed Critical Swissto12 SA
Publication of EP3804034A1 publication Critical patent/EP3804034A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/064—Two dimensional planar arrays using horn or slot aerials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H01Q21/0037—Particular feeding systems linear waveguide fed arrays
    • H01Q21/0043—Slotted waveguides
    • H01Q21/005—Slotted waveguides arrays
    • 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
    • H01Q13/02—Waveguide horns
    • H01Q13/0275—Ridged horns
    • 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
    • H01Q13/06—Waveguide mouths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/24—Polarising devices; Polarisation filters 
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems

Definitions

  • the present invention relates to a radio frequency (RF) module intended to form the passive part of a direct radiation antenna (DRA, Direct Radiating Array).
  • RF radio frequency
  • Antennas are elements which serve to emit electromagnetic signals in the free space, or to receive such signals.
  • Simple antennas, such as dipoles, have limited performance in terms of gain and directivity.
  • Satellite dishes provide higher directivity, but are cumbersome and cumbersome, making them unsuitable for use in applications such as satellites, for example, when weight and volume need to be reduced.
  • DRA antenna arrays are also known which combine several radiating elements (elementary antennas) out of phase in order to improve gain and directivity.
  • the signals received on the different radiant elements, or emitted by these elements, are amplified with variable gains and out of phase with each other in order to control the shape of the receiving and transmitting lobes of the network.
  • the different radiant elements are each connected to a waveguide which transmits the received signal towards the electronic modules.
  • each radiant element may further be separated according to their polarization by means of a polarizer.
  • the size of the polarizers and electronics most often determines the minimum pitch between the different radiant elements of a network.
  • the important step that results generates side lobes emission respectively undesirable reception.
  • radiofrequency modules require on the contrary to further space the radiant elements, for example to provide them with a transmission cone.
  • An object of the present invention is therefore to propose a passive radio frequency module, intended to form the passive part of a direct radiation network DRA, which is free or minimizing the limitations of known devices.
  • a first layer comprising an array of radiant elements, each radiant element having a section for supporting at least one wave propagation mode
  • a second layer forming an array of waveguides; a fourth layer forming a network of ports; the second layer being interposed between the first layer and the fourth layer;
  • each waveguide being adapted to transmit in one direction or the other a radiofrequency signal between a port of the fourth layer and a radiant element
  • the surface of the first layer being different from the surface of the fourth layer
  • the waveguides approaching each other between the fourth layer and the first layer or between the first layer and the fourth layer.
  • radio frequency module comprising:
  • a first layer comprising an array of radiant elements, each radiant element having a section for supporting at least one wave propagation mode, each section being provided with at least one stripe parallel to the direction of propagation of the signal;
  • a second layer forming an array of waveguides; a fourth layer forming a network of ports; the second layer being interposed between the first layer and the fourth layer;
  • each waveguide being adapted to transmit in one direction or the other a radiofrequency signal between a port of the fourth layer and a radiant element
  • the surface of the first layer being smaller than the surface of the fourth layer; the waveguides approaching each other between the fourth layer and the first layer.
  • the waveguides thus have a dual function; they make it possible, on the one hand, to transmit the signals between the ports of the fourth layer and the radiant elements of the first layer, and on the other hand to independently choose the pitch of the radiant elements and the pitch of the ports of the fourth layer.
  • the waveguides approach each other between the fourth layer and the first layer, in a convergent manner.
  • the surface of the first layer is then smaller than the surface of the fourth layer.
  • the pitch (p 1) between two radiant elements of the first layer is preferably less than 1 2, 1 being the wavelength at the maximum operating frequency.
  • Fourth layer towards the radiant elements also allows to space the ports of the fourth layer.
  • the important step between the ports makes it possible, for example, to have the amplification and phase shift electronic circuit feeding each port in the immediate vicinity of each port, reducing the constraints on the dimensions of this circuit.
  • This important step also makes it possible to have, if necessary, polarizers of sufficient size near each port, to effect effective separation of the signals according to their polarization.
  • the surface of the first layer is larger than the surface of the fourth layer. The waveguides then move away from each other between the fourth layer and the first layer. This embodiment makes it possible to use radiant elements of relatively large size, without requiring a layer of large ports.
  • the arrangement of the radiant elements of the first layer may be different from the layout of the ports of the fourth layer.
  • the radiant elements of the first layer may be arranged according to a rectangular matrix MxN while the ports of the fourth layer are arranged in a rectangular matrix KxL, M being different from K and N being different from L.
  • This different arrangement may also involve different shapes, for example a rectangle layout on one of the layers and in a circle, oval, cross, hollow rectangle, polygon, etc. on the other layer.
  • the radiofrequency module may comprise a third layer interposed between the second layer and the fourth layer.
  • the elements of the third layer can perform a transformation of the signal.
  • the third layer may also comprise an array of elements realizing a sectional adaptation between the section of the output of the ports of the fourth layer and the section of different shape of the waveguides.
  • a third layer of this type may in particular be provided when only the ports or only the waveguides are striated.
  • the third layer interposed between the second layer and the fourth layer may also include a network of polarizers as elements.
  • the radiofrequency module may include external polarizers just after the radiant elements in the air.
  • the third layer interposed between the second layer and the fourth layer may comprise a filter.
  • Each radiant element of the first layer may be provided with at least one streak parallel to the direction of propagation of the signal.
  • the radiant elements of the first layer may also be unstriated and constituted by open waveguides or square horns, circular, pyramidal, spline-shaped.
  • the radiant elements may have an outer square, rectangular, or preferably hexagonal, circular or oval
  • the pitch (p1) between two radiant elements can be variable within the module.
  • the radiofrequency module may comprise waveguides having a square, rectangular, round, oval, or hexagonal cross section whose internal faces are provided with at least one stripe extending longitudinally along each inner face of the waveguides.
  • Each waveguide of the second layer is preferably designed to transmit either only a fundamental mode or a fundamental mode and a single degenerate mode.
  • the length of the different waveguides of the second layer is advantageously identical.
  • the length of the different waveguides of the second layer may also be variable; in this case, it is preferable to use isophase waveguides at the wavelength considered, that is to say waveguides all producing an identical phase shift.
  • the different waveguides have different lengths and different sections so as to compensate for the phase variation produced by the different lengths.
  • the different waveguides are preferably isophases, that is to say that the phase shifts through the different waveguides are identical.
  • the channel of different waveguides is preferably non-rectilinear.
  • the waveguides of the second layer are preferably curved.
  • the curvature of the different waveguides of the second layer may be variable.
  • peripheral waveguides may be more curved than waveguides in the center.
  • the ports of the fourth layer may constitute the inputs of a polarizer.
  • a first end of all the waveguides may be in a first plane, while a second end of all the waveguides is in a second plane.
  • the additive manufacturing makes it possible, in particular, to produce waveguides of complex shape, in particular curved waveguides. and converging into a funnel between the layer of radiant elements and the polarizer layer.
  • additive manufacturing is meant any process of
  • curing or coagulation of liquid or powder including, but not limited to, methods based on ink jetting (Binder jetting), DED (Direct Energy Deposition), EBFF (Electron beam freeform fabrication), FDM (fused deposition modeling), PFF (plastic freeforming), aerosol, BPM (ballistic particle manufacturing), powder bed, SLS (Selective Laser Sintering), ALM (additive Layer Manufacturing), polyjet, EBM (electron beam melting), photopolymerization, etc.
  • ink jetting Binder jetting
  • DED Direct Energy Deposition
  • EBFF Electro Beam Form fabrication
  • FDM fused deposition modeling
  • PFF plastic freeforming
  • aerosol aerosol
  • BPM ballistic particle manufacturing
  • SLS Selective Laser Sintering
  • ALM additive Layer Manufacturing
  • polyjet EBM (electron beam melting), photopolymerization, etc.
  • EBM electron beam melting
  • the module is preferably monolithic.
  • a monolithic manufacture of the module reduces costs, eliminating the need for assembly. It also makes it possible to guarantee precise relative positioning of the various components.
  • the invention also relates to a module comprising the above elements and an electronic circuit with amplifiers and / or phase shifters linked to each port.
  • FIG. 1 illustrates a schematic side view of the different layers of a module according to the invention.
  • FIG. 2 illustrates two examples of embodiments of the third layer, in which each element of this layer comprises either one or two inputs on the fourth layer side.
  • FIG. 3A illustrates a perspective view of the second and third layers of an exemplary module according to the invention.
  • FIG. 3B illustrates a front view of the second and third layers of an exemplary module according to the invention, seen from the third layer.
  • FIG. 3C illustrates a front view of the second and third layers of an exemplary module according to the invention, seen from the side corresponding to the first layer.
  • FIG. 4 illustrates a perspective view of an example of a first layer of a module according to the invention.
  • FIGS. 5A to 5C illustrate three examples of radiant elements that can be used in the first layer of a module according to the invention.
  • FIG. 6 illustrates a front view of another example of a first layer of a module according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 7 illustrates a perspective view of a module comprising a set of convergent waveguides in the direction of the radiant elements of the first layer according to a third embodiment of the invention.
  • FIG. 8 illustrates a view from the fourth layer of the module according to the third embodiment of the invention.
  • FIG. 9 illustrates a side view of the module according to the third embodiment of the invention.
  • FIG. 10 illustrates another side view of the module according to the third embodiment of the invention.
  • FIG. 11 illustrates a perspective view of a module comprising a set of diverging waveguides in the direction of the radiant elements of the first layer, according to a fourth embodiment of the invention.
  • FIG. 12 illustrates a side view of the module according to the fourth embodiment of the invention.
  • FIG. 1 illustrates a passive radio frequency module 1 according to a first embodiment of the invention, intended to form the passive part of a direct radiation network DRA.
  • the radiofrequency module 1 comprises four layers 3, 4, 5, 6.
  • the first layer 3 comprises a two-dimensional network of N radiant elements 30 (antennas) for emitting electromagnetic signals into the ether, respectively to receive the received signals.
  • the second layer 4 comprises a network of waveguides 40.
  • the third layer 5 is optional; it may also be integrated in the layer 4.
  • the third layer 5 comprises an array of elements 50, for example polarizers or section adapters.
  • the fourth layer 6 comprises a two-dimensional network, for example a rectangular matrix, with N waveguide ports 60.
  • Each port 60 forms an interface with an active element of the DRA such as an amplifier and / or a phase-shifter, forming part of a beamforming network.
  • a port thus makes it possible to connect a waveguide to an electronic circuit, in order to inject a signal into the waveguides or in the opposite direction to receive the electromagnetic signals in the waveguides.
  • This module 1 is intended to be used in a multibeam environment.
  • the radiant elements 30 are preferably brought closer to one another so that the pitch p1 between two adjacent radiating elements is smaller than the wavelength at the nominal frequency at which the module 1 is intended to be used. This reduces the amplitude of the secondary transmit and receive lobes.
  • FIGS. 3A to 3C illustrate different views of an exemplary module according to a first embodiment of the invention, without the third and fourth layer.
  • the waveguides 40 and the radiant elements 30 have a square section provided with four striations disposed symmetrically on the internal flanks.
  • the waveguides are convergent towards the first layer 3.
  • FIGS. 7 to 10 illustrate other views of an example of a module similar to that of FIGS. 3A to 3C, but in which the guides of FIG. Wave 40 and the radiant elements 30 have a rectangular section provided with two grooves disposed in the middle of the long sides of the internal flanks.
  • the waveguides are also convergent towards the first layer 3. In these embodiments of FIGS.
  • the distance between two adjacent ports 60 of the fourth layer 6 is preferably more large than the wavelength at the nominal frequency at which the module 1 is intended to be used. This arrangement makes it possible to bring the radiant elements 30 closer to each other, in order to reduce the unwanted side lobes in reception and in transmission, while spacing the ports 60 of the fourth layer 6, in order to facilitate the connection to the active electronic elements for transmitting or receive a signal in each waveguide.
  • the first layer 3 comprising an array of radiant elements 30 thus has a surface, in a plane perpendicular to the direction of propagation of the signal, smaller than the fourth layer 6 with the network of ports 60.
  • the pitch p1 between two corresponding points of two adjacent radiant elements 30 is therefore smaller than the pitch p2 between two corresponding points of two adjacent ports 60.
  • the pitch p1 between adjacent elements may be identical in the two orthogonal directions, or different.
  • the pitch p2 between adjacent elements can be identical in both directions
  • Figures 11 to 12 illustrate another embodiment of a module according to the invention, wherein the waveguides 40 are divergent towards the radiant elements 30.
  • the surface of the first layer 3 is thus more large than the surface of the fourth layer 6, and the pitch p1 between the radiant elements 30 of the first layer 3 is greater than the pitch p2 between the ports of the fourth layer 6.
  • This arrangement makes it possible to produce a module with radiant elements 30 of large size, for example horn, without increasing the size of the ports 60 and the network of active elements (not shown) connected to these ports.
  • Figures 3A to 3C and 7 to 12 illustrate waveguides 40 which are separated from each other.
  • these waveguides are linked to one another so as to maintain their relative positioning and to form a preferably monolithic set.
  • the link between the waveguides can be established for example by the first layer 3, by the third layer 5 and / or by the fourth layer 6. It is also possible to produce bridging elements between different guides. wave.
  • FIG. 4 An example of an array of radiant elements 30 in the layer 3 is illustrated in FIG. 4.
  • the N radiant elements 30 are arranged in a rectangular matrix, here a square matrix.
  • the section of each radiating element 30 is square and provided with a ridge 300 on each inner edge, the arrangement of the striations being symmetrical.
  • the adjacent radiant elements share a common lateral edge, allowing them to be brought closer together.
  • the phase and the amplitude of each radiant element of the first layer 3 make it possible to obtain high insulation between the different beams. Radiant elements smaller than the wavelength reduce the impact of sidelobes in the area covered.
  • FIG. 6 illustrates another example of a first layer 3 of radiant elements consisting of lines of radiant elements 30 with a number of radiant elements varies according to the lines, the general shape of the layer forming an octagon.
  • the value of the phase shift may be less than the pitch p1 between two adjacent elements 30 on the same line.
  • a first layer 3 of any polygonal shape, or substantially circular can also be performed.
  • the radiant elements 30 may also be arranged in a triangle, in a rectangle, or in a diamond, with aligned or out of phase lines.
  • the elements 30 are preferably constituted by waveguides whose internal cavity is provided with streaks 300, for example two or four streaks 300 distributed. at equal angular distances.
  • FIG. 5A illustrates an exemplary radiating element with a square cross section with four ridges, called "quad-ridge square”.
  • FIG. 5B illustrates an example of a cross sectional radiant element
  • FIG. 5C illustrates an exemplary radiating element with a circular cross-section with four ridges, called “quad-ridge circular". The design of the radiant elements illustrated with such streaks makes it possible to produce radiant elements with dimensions smaller than the wavelength of the signal to be transmitted or received.
  • radiant elements supporting at least one propagation mode may be implemented, including rectangular shapes, circular or rounded, striated or not. Streaks can be 2, 3 or 4.
  • the radiant elements 30 may be single-polarization or double-polarization.
  • the polarization can be linear, inclined or circular.
  • the pitch p1 between two radiant elements 30 of the first layer 3 is preferably less than or equal to 1/2, 1 being the wavelength at the maximum frequency for which the module is provided.
  • the radiant elements may include polarizers not shown, for example at the junction with the second layer 4.
  • polarizers are provided just after the free air portion in which the emitted signal is canceled.
  • polarizers can also be provided in the
  • the second layer 4 comprises N waveguides 40.
  • Each waveguide 40 transmits a signal from a port 60 and / or an element of the third layer 5 to a corresponding radiating element 30 in transmission, and vice versa. versa in reception.
  • the waveguides 40 furthermore convert between the arrangement of the elements 60 on the layers 5 and 6 and the arrangement different from the first layer of radiant elements 3.
  • the waveguides 40 preferably have a cross section of substantially constant shape and size.
  • the waveguides 40 are preferably curved so as to make the transition between the surface of the third or fourth layer 5 and the different surface of the first layer 3 of radiant elements.
  • the waveguides thus form a funnel volume.
  • the waveguides converge towards the first layer 3.
  • the second layer 4 can not only allow to adapt the pitch between adjacent elements; in one embodiment, it may also be made to make a transition between the arrangement of the radiant elements 30 of the first layer 3 and a different arrangement of the ports 60 of the fourth layer 6.
  • the second layer 4 may transition between a network of elements or ports arranged in a rectangular matrix and an array of elements or ports arranged in a different matrix, or polygon, or circle.
  • At least some waveguides 40 are curved, as can be seen for example in FIGS. 3A, 7 and 11.
  • at least some waveguides are curved in two planes perpendicular to each other and parallel to each other.
  • the longitudinal axis d of the module as seen in particular in Figures 9 and 10 (first embodiment) and 12 (second embodiment). These waveguides 40 are thus bent at S in two orthogonal planes and parallel to the main direction of transmission of the signal.
  • connection plane between the waveguides 40 and the radiant elements 30 on one side, and the connection plane between the waveguides 40 and the elements 50 on the other side, are preferably parallel between them and perpendicular to the main direction of transmission of the signal.
  • the waveguides 40 at the periphery of the second layer 4 are curved more than those near the center, and longer.
  • the waveguides 40 near the center may be rectilinear.
  • the dimensions of the internal channel through the waveguides 40 and those of the layer 41, as well as their shapes, are determined as a function of the operational frequency of the module, that is to say the frequency of the signal electromagnetic system for which the module 1 is manufactured and for which a stable transmission mode and optionally with a minimum of attenuation is obtained.
  • the different waveguides 40 in the second layer 4 have different lengths and curvatures, which influence their frequency response curve. These differences can be compensated by the electronics supplying each port 60 or processing the received signals. Preferably, these differences are however at least partially compensated by adapting the section of the different waveguides 40, which then have shapes and / or different dimensions between them.
  • the length of the different waveguides 40 of the second layer is advantageously identical, which makes it possible to ensure an identical phase shift of the signals crossing the different waveguides, and thus to maintain their relative offset.
  • the length of the different waveguides 40 may be different; in this case, it is preferable to use isophase waveguides at the wavelength considered, that is to say waveguides all producing an identical phase shift.
  • the different waveguides have different lengths and different sections so as to compensate for the phase variation produced by the different lengths. It is also possible to use waveguides of different length, and / or producing different phase shifts, and to exploit or compensate for these phase shifts with the active phase shifting electronic circuits network, in order to control the relative phase shift between radiant elements, and for example to control the beamforming.
  • the second layer 4 may also, according to the embodiments, include other waveguide elements such as filters,
  • Each waveguide 40 may be intended to transmit a single-polarization or dual-polarization signal.
  • the third layer 5 is optional and comprises elements 50.
  • the elements 50 make it possible to make a transition between the cross section of the ports 60 of the fourth layer 6 and the cross section which may be different from the waveguides 40 of the second layer 4, generally corresponding to the section
  • the waveguides of the third layer 5 ensure for example a transition between the square or rectangular section of the output of the ports 60 and the section of the waveguides 40 and radiant elements 30 which is provided with ridges 400 and 300, respectively.
  • the elements 50 of the third layer 5 may also, according to the embodiments, perform a transformation of the signal, for example using other waveguide elements such as filters,
  • the transverse surface of the third layer 5 is preferably equal to the transverse surface of the fourth layer 6.
  • FIG. 2 illustrates an exemplary element 50 of the third layer 5.
  • this element 50 comprises an inlet 51 connected to a port 60 and an inlet 53 connected to the input 41 of a waveguide 40.
  • this element 50 has two inputs 52A, 52B, each being connected to a port 60A respectively 60B of the fourth layer, and an input 53 connected to the input 41 of
  • the element 60 preferably comprises a polarizer for combining respectively separating two polarities on the ports 60A, 60B, from / to a combined signal on the waveguide 40.
  • the entire module 1 is preferably made monolithically, by additive manufacturing. It is also possible to make the entire module 1 in several blocks assembled together, each block comprising the four layers 3,4, 5,6, or at least the layers 3,4 and 6. A manufacturing by subtractive machining or by assembly is also possible.
  • the module is made entirely of metal, for example aluminum, by additive manufacturing.
  • the module 1 comprises a core made of polymer, PEEK, metal or ceramic, and a conductive casing deposited on the faces of this core.
  • the core of the module 1 may be formed of a polymer material, ceramic, a metal or an alloy, for example aluminum, titanium or steel.
  • the core of the module 1 can be made by stereolithography or by selective laser melting.
  • the core may comprise different assembled parts, for example glued or welded together.
  • the metal layer forming the envelope can optionally include a metal selected from Cu, Au, Ag, Ni, Al, stainless steel, brass or a combination of these metals.
  • the inner surface and the outer surface of the core are covered with a conductive metal layer, for example copper, silver, gold, nickel, etc. plated by chemical deposition without electrical current.
  • this layer is for example between 1 and 20 microns, for example between 4 and 10 microns.
  • the thickness of this conductive coating must be sufficient for the surface to be electrically conductive to the radio frequency chosen. This is typically achieved using a conductive layer whose thickness is greater than the skin depth d.
  • This thickness is preferably substantially constant on all internal surfaces to obtain a finished part with precise dimensional tolerances.
  • the deposition of conductive metal on the inner and possibly outer faces is done by immersing the core in a series of successive baths, typically 1 to 15 baths. Each bath involves a fluid with one or more reagents. The deposition does not require applying a current on the core to be covered. Stirring and regular deposition are obtained by stirring the fluid, for example by pumping the fluid in the transmission channel and / or around the module 1 or by vibrating the core and / or the fluid container, for example with a device vibrating ultrasound to create ultrasonic waves.
  • the metallic conductive envelope can cover all the faces of the core uninterruptedly.
  • the module 1 comprises lateral walls with external and internal surfaces, the internal surfaces delimiting a channel, said conductive envelope covering said internal surface but not all of the external surface.
  • the module 1 may comprise a smoothing layer intended to smooth at least partially the irregularities of the surface of the core.
  • the conductive envelope is deposited over the smoothing layer.
  • the module 1 may comprise a fastening layer (or boot) deposited on the core so as to cover it uninterruptedly.
  • the attachment layer may be of conductive or non-conductive material.
  • the bonding layer makes it possible to improve the adhesion of the conductive layer to the core. Its thickness is preferably less than the roughness Ra of the core, and less than the resolution of the additive manufacturing process of the core.
  • the module 1 comprises
  • the bonding layer and the smoothing layer make it possible to reduce the roughness of the surface of the waveguide channel.
  • the bonding layer makes it possible to improve the adhesion of the conductive or non-conductive core with the smoothing layer and the conductive layer.
  • the shape of the module 1 can be determined by a computer file stored in a computer data carrier and for controlling an additive manufacturing device.
  • the module may be linked to an electronic circuit, for example in the form of a printed circuit mounted behind the layer 5 of ports, with amplifiers and / or phase shifters linked to each port.
  • an electronic circuit for example in the form of a printed circuit mounted behind the layer 5 of ports, with amplifiers and / or phase shifters linked to each port.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

Module radiofréquence, comprenant : une première couche comprenant un réseau d'éléments radiants (30), chaque élément radiant ayant une section ayant une section permettant de supporter au moins un mode de propagation d'onde, une deuxième couche formant un réseau de guides d'ondes; une quatrième couche formant un réseau de ports; la deuxième couche étant interposée entre la première couche et la quatrième couche; chaque guide d'onde étant relié à un port d'un côté et à un élément radiant de l'autre côté pour transmettre un signal radiofréquence entre ce port et cet élément radiant; le pas entre deux ports étant différent le pas entre les éléments radiants, en sorte que la surface de la première couche est différente de la surface de la quatrième couche; les guides d'onde étant incurvés.

Description

Module radiofréquence
Domaine technique
[0001] La présente invention concerne un module radiofréquence (RF), destiné à former la partie passive d'une antenne à radiation directe (DRA, Direct Radiating Array).
Etat de la technique [0002] Les antennes sont des éléments qui servent à émettre des signaux électromagnétiques dans l'espace libre, ou à recevoir de tels signaux. Les antennes simples, telles que les dipôles, ont des performances limitées en terme de gain et de directivité. Les antennes paraboliques permettent une directivité plus élevée, mais sont encombrantes et lourdes, ce qui rend leur usage peu approprié dans des applications telles que les satellites par exemple, lorsque le poids et le volume doivent être réduits.
[0003] On connaît également des réseaux d'antennes DRA qui réunissent plusieurs éléments radiants (antennes élémentaires) déphasées afin d'améliorer le gain et la directivité. Les signaux reçus sur les différents éléments radiants, ou émis par ces éléments, sont amplifiés avec des gains variables et déphasés entre eux afin de contrôler la forme des lobes de réception et d'émission du réseau.
[0004] A haute fréquence, par exemple aux fréquences micro-ondes, les différents éléments radiants sont chacun connectés à un guide d'onde qui transmet le signal reçu en direction des modules électroniques
radiofréquence, respectivement qui alimente cet élément radiant avec un signal radiofréquence à émettre. Les signaux transmis ou reçus par chaque élément radiant peuvent en outre être séparés selon leur polarisation au moyen d'un polariseur. [0005] L'ensemble constitué des éléments radiants (antennes
élémentaires) en réseau, des guides d'onde associés, des filtres éventuels et des polariseurs est désigné dans le présent texte comme un module radiofréquence passif. Les guides d'onde et les polariseurs associés sont désignés comme unité d'alimentation (« feed network »). L'ensemble est destiné à constituer la partie passive d'un réseau à radiation directe DRA.
[0006] Les réseaux d'éléments radiants pour des fréquences élevées, notamment pour des fréquences micro-ondes, sont difficiles à concevoir. Il est en particulier souvent souhaité de rapprocher les différents éléments radiants du réseau autant que possible afin de réduire l'amplitude des lobes d'émission ou de réception secondaires, dans des directions autres que la direction d'émission ou de réception qui doit être privilégiée. Cette réduction du pas entre les différents éléments radiants du réseau est cependant incompatible d'une part avec la taille minimale nécessitée par les polariseurs, et d'autre part avec l'encombrement des circuits
électroniques d'amplification et de déphasage en amont des polariseurs.
[0007] Par conséquent, la taille des polariseurs et de l'électronique détermine le plus souvent le pas minimal entre les différents éléments radiants d'un réseau. Le pas important qui en résulte engendre des lobes secondaires d'émission respectivement de réception indésirables.
[0008] D'autres modules radiofréquence nécessitent au contraire d'espacer davantage les éléments radiants, par exemple pour les munir d'un cône d'émission. On souhaite en outre parfois modifier la disposition relative des éléments radiants.
Bref résumé de l'invention [0009] Un but de la présente invention est donc de proposer un module radiofréquence passif, destiné à former la partie passive d'un réseau à radiation directe DRA, qui soit exempt ou minimisant les limitations des dispositifs connus. [0010] Ces objectifs sont notamment atteints au moyen d'un module radiofréquence, comprenant :
une première couche comprenant un réseau d'éléments radiants, chaque élément radiant ayant une section permettant de supporter au moins un mode de propagation d'onde,
une deuxième couche formant un réseau de guides d'ondes ; une quatrième couche formant un réseau de ports; la deuxième couche étant interposée entre la première couche et la quatrième couche ;
chaque guide d'onde étant destiné à transmettre dans un sens ou l'autre un signal radiofréquence entre un port de la quatrième couche et un élément radiant;
la surface de la première couche étant différente de la surface de la quatrième couche ;
les guides d'onde se rapprochant les uns des autres entre la quatrième couche et la première couche ou entre la première couche et la quatrième couche.
[0011] Ces objectifs sont en particulier atteints au moyen d'un module radiofréquence comprenant :
une première couche comprenant un réseau d'éléments radiants, chaque élément radiant ayant une section permettant de supporter au moins un mode de propagation d'onde, chaque section étant munie d'au moins une strie parallèle à la direction de propagation du signal ;
une deuxième couche formant un réseau de guides d'ondes ; une quatrième couche formant un réseau de ports; la deuxième couche étant interposée entre la première couche et la quatrième couche ;
chaque guide d'onde étant destiné à transmettre dans un sens ou l'autre un signal radiofréquence entre un port de la quatrième couche et un élément radiant;
la surface de la première couche étant plus petite que la surface de la quatrième couche ; les guides d'onde se rapprochant les uns des autres entre la quatrième couche et la première couche.
[0012] Les guides d'onde ont ainsi une double fonction ; ils permettent d'une part de transmettre les signaux entre les ports de la quatrième couche et les éléments radiants de la première couche, et d'autre part de choisir indépendamment le pas des éléments radiants et le pas des ports de la quatrième couche.
[0013] Dans un premier mode de réalisation, les guides d'onde se rapprochent les uns des autres entre la quatrième couche et la première couche, de manière convergente. La surface de la première couche est alors plus petite que la surface de la quatrième couche.
[0014] Cet arrangement permet ainsi de réduire le pas entre les éléments radiants de la première couche, afin de réduire l'amplitude des lobes secondaires indésirables (« grating lobes »). [0015] A cet effet, le pas (p 1 ) entre deux éléments radiants de la première couche est de préférence inférieur à l\2, l étant la longueur d'onde à la fréquence d'opération maximale.
[0016] La disposition convergente des guides d'onde depuis la
quatrième couche vers les éléments radiants permet aussi d'espacer les ports de la quatrième couche. Le pas important entre les ports permet par exemple de disposer le circuit électronique d'amplification et de déphasage alimentant chaque port à proximité immédiate de chaque port, en réduisant les contraintes sur les dimensions de ce circuit. Ce pas important permet aussi de disposer si nécessaire des polariseurs de dimension suffisante à proximité de chaque port, pour effectuer une séparation efficace des signaux selon leur polarisation. [0017] Dans un autre mode de réalisation, la surface de la première couche est plus grande que la surface de la quatrième couche. Les guides d'onde s'éloignent alors les uns des autres entre la quatrième couche et la première couche. Ce mode de réalisation permet d'utiliser des éléments radiants de relativement grande dimension, sans pour autant exiger une couche de ports de grande dimension.
[0018] La disposition des éléments radiants de la première couche peut être différente de la disposition des ports de la quatrième couche. Par exemple, les éléments radiants de la première couche peuvent être disposés selon une matrice rectangulaire MxN alors que les ports de la quatrième couche sont disposés selon une matrice rectangulaire KxL, M étant différent de K et N étant différent de L. Cette disposition différente peut aussi impliquer des formes différentes, par exemple une disposition en rectangle sur une des couches et en cercle, ovale, croix, rectangle creux, polygone, etc sur l'autre couche.
[0019] Le module radiofréquence peut comporter une troisième couche interposée entre la deuxième couche et la quatrième couche.
[0020] Les éléments de la troisième couche peuvent effectuer une transformation du signal. [0021] La troisième couche peut aussi comprendre un réseau d'éléments réalisant une adaptation de section entre la section de la sortie des ports de la quatrième couche et la section de forme différente des guides d'onde. Une troisième couche de ce type peut notamment être prévue lorsque seuls les ports ou seuls les guides d'onde sont striés. [0022] La troisième couche interposée entre la deuxième couche et la quatrième couche peut aussi comprendre un réseau de polariseurs comme éléments. [0023] Dans une variante, le module radiofréquence peut comporter des polariseurs externes juste après les éléments radiants dans l'air.
[0024] La troisième couche interposée entre la deuxième couche et la quatrième couche peut comporter un filtre. [0025] Chaque élément radiant de la première couche peut être muni d'au moins une strie parallèle à la direction de propagation du signal.
[0026] Les éléments radiants de la première couche peuvent aussi être non striés et constitués par des guides d'onde ouverts ou des cornes carrées, circulaires, pyramidales, en forme de splines. [0027] Les éléments radiants peuvent avoir une section externe carrée, rectangulaire, ou de préférence hexagonale, circulaire ou ovale
[0028] Le pas (p1) entre deux éléments radiants peut être variable au sein du module.
[0029] Le module radiofréquence peut comporter des guides d'onde possédant une section transversale carrée, rectangulaire, ronde, ovale, ou hexagonales dont les faces internes sont munies d'au moins une strie s'étendant longitudinalement le long de chaque face interne des guides d'onde.
[0030] Chaque guide d'onde de la deuxième couche est de préférence conçu pour transmettre soit uniquement un mode fondamental soit un mode fondamental et un seul mode dégénéré.
[0031] La longueur des différents guides d'onde de la deuxième couche est avantageusement identique. [0032] La longueur des différents guides d'onde de la deuxième couche peut aussi être variable ; dans ce cas, on utilisera de préférence des guides d'onde isophase à la longueur d'onde considérée, c'est-à-dire des guides d'onde produisant tous un déphasage identique. [0033] Dans un mode de réalisation, les différents guides d'onde ont des longueurs différentes et des sections différentes de manière à compenser la variation de phase produites par les différentes longueurs. Les différents guides d'onde sont de préférence isophases, c'est-à-dire que les déphasages à travers les différents guides d'onde sont identiques. [0034] Le canal de différents guides d'ondes est de préférence non rectiligne.
[0035] Les guides d'onde de la deuxième couche sont de préférence incurvés.
[0036] La courbure des différents guides d'onde de la deuxième couche peut être variable. Par exemple, les guides d'onde en périphérie peuvent être davantage incurvés que les guides d'onde au centre.
[0037] Les ports de la quatrième couche peuvent constituer les entrées d'un polariseur.
[0038] Une première extrémité de tous les guides d'onde peut se trouver dans un premier plan, tandis qu'une une seconde extrémité de tous les guides d'onde se trouve dans un second plan.
[0039] Le module est avantageusement un module réalisé par
fabrication additive.
[0040] La fabrication additive permet de notamment de réaliser des guides d'onde de forme complexe, notamment des guides d'onde incurvés et convergeant en entonnoir entre la couche d'éléments radiants et la couche de polariseurs.
[0041] On entend par « fabrication additive » tout procédé de
fabrication de pièces par ajout de matière, selon des données
informatiques stockées sur un support informatique et définissant un modèle de la pièce. Outre la stéréolithographie et le sélective laser melting, l'expression désigne aussi d'autres méthodes de fabrication par
durcissement ou coagulation de liquide ou de poudre notamment, y compris sans limitation des méthodes basées sur des jets d'encre (binder jetting), DED (Direct Energy Déposition), EBFF (Electron beam freeform fabrication), FDM (fused déposition modeling), PFF (plastic freeforming), par aérosols, BPM (ballistic particle manufacturing), lit de poudre, SLS (Sélective Laser Sintering), ALM (additive Layer Manufacturing), polyjet, EBM (électron beam melting), photopolymerisation, etc. La fabrication par stéréolithographie ou par sélective laser melting est cependant préférée car elle permet d'obtenir des pièces avec des états de surface relativement propres, à faible rugosité.
[0042] Le module est de préférence monolithique.
[0043] Une fabrication monolithique du module permet de réduire les coûts, en supprimant la nécessité d'un montage. Elle permet par ailleurs de garantir un positionnement relatif précis des différents composants.
[0044] L'invention concerne aussi un module comprenant les éléments ci-dessus ainsi qu'un circuit électronique avec des amplificateurs et/ou de déphaseurs liés à chaque port.
Brève description des figures [0045] Des exemples de mise en oeuvre de l'invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles : • La figure 1 illustre une vue schématique, de côté, des différentes couches d'un module selon l'invention.
• La figure 2 illustre deux exemples de réalisations de la troisième couche, dans laquelle chaque élément de cette couche comporte soit un soit deux entrées du côté de la quatrième couche.
• La figure 3A illustre une vue en perspective de la deuxième et troisième couche d'un exemple de module selon l'invention.
• La figure 3B illustre une vue de face de la deuxième et troisième couche d'un exemple de module selon l'invention, vu depuis la troisième couche.
• La figure 3C illustre une vue de face de la deuxième couche et troisième d'un exemple de module selon l'invention, vu depuis le côté correspondant à la première couche.
• La figure 4 illustre une vue en perspective d'un exemple de première couche d'un module selon l'invention.
• Les figures 5A à 5C illustrent trois exemples d'éléments radiants pouvant être employés dans la première couche d'un module selon l'invention.
• La figure 6 illustre une vue de face d'un autre exemple de première couche d'un module selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.
• La figure 7 illustre une vue en perspective d'un module comprenant un ensemble de guides d'onde convergents en direction des éléments radiants de la première couche selon un troisième mode de réalisation de l'invention. • La figure 8 illustre une vue depuis la quatrième couche du module selon le troisième mode de réalisation de l'invention.
• La figure 9 illustre une vue de côté du module selon le troisième mode de réalisation de l'invention. · La figure 10 illustre une autre vue de côté du module selon le troisième mode de réalisation de l'invention.
• La figure 11 illustre une vue en perspective d'un module comprenant un ensemble de guides d'onde divergents en direction des éléments radiants de la première couche, selon un quatrième mode de réalisation de l'invention.
• La figure 12 illustre une vue de côté du module selon le quatrième mode de réalisation de l'invention.
Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention
[0046] La figure 1 illustre un module radiofréquence 1 passif selon un premier mode de réalisation de l'invention, destiné à former la partie passive d'un réseau à radiation directe DRA.
[0047] Le module radiofréquence 1 comporte quatre couches 3, 4, 5, 6.
[0048] Parmi ces couches, la première couche 3 comprend un réseau bidimensionnel de N éléments radiants 30 (antennes) pour émettre des signaux électromagnétiques dans l'éther, respectivement pour recevoir les signaux reçus.
[0049] La deuxième couche 4 comporte un réseau de guides d'onde 40. [0050] La troisième couche 5 est optionnelle ; elle peut aussi être intégrée à la couche 4. Lorsqu'elle est présente, la troisième couche 5 comporte un réseau d'éléments 50, par exemple de polariseurs ou d'adapteurs de section. [0051] La quatrième couche 6 comporte un réseau bidimensionnel, par exemple une matrice rectangulaire, avec N ports de guide d'ondes 60.
Chaque port 60 constitue une interface avec un élément actif du DRA tel qu'un amplificateur et/ou un déphaseur, faisant partie d'un réseau de beamforming. Un port permet ainsi de connecter un guide d'onde à un circuit électronique, afin d'injecter un signal dans les guides d'onde ou en sens inverse de recevoir les signaux électromagnétiques dans les guides d'onde.
[0052] Il est aussi possible d'utiliser 2N ports 60A, 60B, si une antenne polarisée linéairement ou circulairement est utilisée. [0053] Au lieu d'intégrer les polariseurs dans la troisième couche 5, il est aussi possible d'utiliser une couche de polariseurs entre la première couche 3 avec les éléments radiants et la deuxième couche 4 avec les guides d'onde, ou d'intégrer des polariseurs dans les éléments radiants. Cette solution a l'avantage de rapprocher les polariseurs des éléments radiants, et d'éviter la complexité de transmettre un signal à plusieurs polarités dans chaque guide d'onde.
[0054] Ce module 1 est destiné à être utilisé dans un environnement multifaisceau. Les éléments radiants 30 sont de préférence rapprochés les uns des autres en sorte que le pas p1 entre deux éléments radiants adjacents est plus petite que la longueur d'onde à la fréquence nominale à laquelle le module 1 est destiné à être utilisé. On réduit ainsi l'amplitude des lobes d'émission et de réception secondaires.
[0055] Les figures 3A à 3C illustrent différentes vues d'un exemple de module selon un premier mode de réalisation de l'invention, sans la troisième et la quatrième couche. Les guides d'onde 40 et les éléments radiants 30 ont dans cet exemple une section carrée munie de quatre stries disposées symétriquement sur les flancs internes. Les guides d'onde sont convergents en direction de la première couche 3. [0056] Les figures 7 à 10 illustrent d'autres vue d'un exemple de module similaire à celui des figures 3A à 3C, mais dans lequel les guides d'onde 40 et les éléments radiants 30 ont une section rectangulaire munie de deux stries disposées au milieu des longs côtés des flancs internes. Les guides d'onde sont également convergents en direction de la première couche 3. [0057] Dans ces modes de réalisation des figures 3A à 3C et 7 à 10, la distance entre deux ports 60 adjacents de la quatrième couche 6 est de préférence plus grande que la longueur d'onde à la fréquence nominale à laquelle le module 1 est destiné à être utilisé. Cet arrangement permet de rapprocher les éléments radiants 30 les uns des autres, afin de réduire les lobes secondaires indésirables en réception et en émission, tout en espaçant les ports 60 de la quatrième couche 6, afin de faciliter la connexion aux éléments électroniques actifs pour émettre ou recevoir un signal dans chaque guide d'onde.
[0058] La première couche 3 comprenant un réseau d'éléments radiants 30 possède ainsi une surface, dans un plan perpendiculaire à la direction d de propagation du signal, plus petite que la quatrième couche 6 avec le réseau de ports 60. Le pas p1 entre deux points correspondants de deux éléments radiants 30 adjacents est donc plus petit que le pas p2 entre deux points correspondants de deux ports 60 adjacents. [0059] Le pas p1 entre éléments adjacents peut être identique dans les deux directions orthogonales, ou différent. De même, le pas p2 entre éléments adjacents peut être identique dans les deux directions
orthogonales, ou différent. [0060] Les figures 11 à 12 illustrent un autre mode de réalisation d'un module selon l'invention, dans lequel les guides d'onde 40 sont divergents en direction des éléments radiants 30. La surface de la première couche 3 est ainsi plus grande que la surface de la quatrième couche 6, et le pas p1 entre éléments radiants 30 de la première couche 3 est plus grand que le pas p2 entre les ports de la quatrième couche 6. Cet arrangement permet de réaliser un module avec des éléments radiants 30 de grande dimension, par exemple en cornet, sans augmenter l'encombrement des ports 60 et du réseau d'éléments actifs (non illustré) connectés à ces ports. [0061] Les figures 3A à 3C et 7 à 12 illustrent des guides d'onde 40 qui sont séparés les uns des autres. Dans un mode de réalisation préférentiel, ces guides d'onde sont cependant liés les uns aux autres, de manière à maintenir leur positionnement relatif et à former un ensemble de préférence monolithique. Le lien entre les guides d'onde peut être établi par exemple par la première couche 3, par la troisième couche 5 et/ou par la quatrième couche 6. Il est aussi possible de réaliser des éléments de maintien sous forme de ponts entre différents guides d'onde.
[0062] Un exemple d'un réseau d'éléments radiants 30 dans la couche 3 est illustré sur la figure 4. Dans cet exemple, les N éléments radiants 30 sont disposés selon une matrice rectangulaire, ici une matrice carrée. La section de chaque élément radiant 30 est carrée et munie d'une strie 300 sur chaque bord interne, la disposition des stries étant symétrique. Les éléments radiants adjacents partagent un bord latéral commun, ce qui permet de les rapprocher encore davantage. [0063] La phase et l'amplitude de chaque élément radiant de la première couche 3 permettent d'obtenir une isolation élevée entre les différents faisceaux. Les éléments radiants de taille inférieure à la longueur d'onde réduisent l'impact des lobes secondaires dans la région couverte.
[0064] La figure 6 illustre un autre exemple d'une première couche 3 d'éléments radiants constituées de lignes d'éléments radiants 30 avec un nombre d'éléments radiants variable selon les lignes, la forme générale de la couche formant un octogone.
[0065] Il est aussi possible de réaliser des premières couches 3 avec des éléments radiants 30 déphasés sur les lignes successives, la valeur du déphasage pouvant être inférieure au pas p1 entre deux éléments 30 adjacents sur la même ligne.
[0066] Une première couche 3 de forme polygonale quelconque, ou sensiblement circulaire peut aussi être réalisée.
[0067] Les éléments radiants 30 peuvent aussi être disposés en triangle, en rectangle, ou en losange, avec des lignes alignées ou déphasées.
[0068] Dans les modes de réalisation illustré sur les figures 1 et 3 à 6, les éléments 30 sont de préférence constitués par des guides d'onde dont la cavité interne est munie de stries 300, par exemple de deux ou quatre stries 300 réparties à des distances angulaires égales. [0069] La figure 5A illustre un exemple d'élément radiant à section transversale carrée avec quatre stries, dit « quad-ridge square ». La figure 5B illustre un exemple d'élément radiant à section transversale
rectangulaire avec deux stries, dit « dual-ridge rectangular ». La figure 5C illustre un exemple d'élément radiant à section transversale circulaire avec quatre stries, dit « quad-ridge circular ». La conception des éléments radiants illustrée avec de telles stries permet de réaliser des éléments radiants avec des dimensions plus petites que la longueur d'onde du signal à transmettre ou à recevoir.
[0070] D'autres formes d'éléments radiants supportant au moins un mode de propagation peuvent être mises en oeuvre, y compris des formes rectangulaires, circulaires ou arrondies, striées ou non. Les stries peuvent être au nombre de 2, 3 ou 4. [0071] Les éléments radiants 30 peuvent être à simple polarisation ou à double polarisation. La polarisation peut être linéaire, inclinée ou circulaire.
[0072] Le pas p1 entre deux éléments radiants 30 de la première couche 3 est de préférence inférieur ou égal à l/2, l étant la longueur d'onde à la fréquence maximale pour laquelle le module est prévu.
[0073] Les éléments radiants peuvent inclure des polariseurs non représentés, par exemple à la jonction avec la deuxième couche 4. Dans un autre mode de réalisation non représenté, des polariseurs sont prévus juste après la portion d'air libre dans laquelle le signal émis est radié. Comme on le verra plus loin, des polariseurs peuvent aussi être prévus dans la
troisième couche 5.
[0074] La deuxième couche 4 comporte N guides d'onde 40. Chaque guide d'onde 40 transmet un signal depuis un port 60 et/ou un élément de la troisième couche 5 vers un élément radiant 30 correspondant en émission, et vice-versa en réception. Les guides d'onde 40 effectuent en outre une conversion entre l'arrangement des éléments 60 sur les couches 5 et 6 et l'arrangement différent de la première couche d'éléments radiants 3.
[0075] Les guides d'onde 40 présentent de préférence une section transversale de forme et de dimension pratiquement constante.
[0076] Les guides d'ondes 40 sont de préférence incurvés de manière à faire la transition entre la surface de la troisième ou quatrième couche 5 et la surface différente de la première couche 3 d'éléments radiants. Les guides d'ondes forment ainsi un volume en entonnoir. Dans les modes de réalisation des figures 1 , 3A à 3C et 7 à 10, les guides d'onde convergent en direction de la première couche 3. Dans le mode de réalisation des figures 11 à 12, ils divergent en direction de cette première couche 3. [0077] La deuxième couche 4 peut non seulement permettre d'adapter le pas entre éléments adjacents ; dans un mode de réalisation, elle peut aussi être réalisée de manière à effectuer une transition entre la disposition des éléments radiants 30 de la première couche 3 et une disposition différente des ports 60 de la quatrième couche 6. Par exemple, la deuxième couche 4 peut effectuer une transition entre un réseau d'éléments ou de ports disposés en matrice rectangulaire et un réseau d'éléments ou de ports disposés selon une matrice différente, ou en polygone, ou en cercle.
[0078] Au moins certains guides d'ondes 40 sont incurvés, comme on le voit par exemple sur les figures 3A, 7 et 11. En particulier, au moins certains guides d'onde sont incurvés dans deux plans perpendiculaires entre eux et parallèles à l'axe longitudinal d du module, comme on le voit notamment sur les figures 9 et 10 (premier mode de réalisation) et 12 (deuxième mode de réalisation). Ces guides d'onde 40 sont ainsi courbés en S dans deux plans orthogonaux entre eux et parallèles à la direction principale d de transmission du signal.
[0079] Le plan de connexion entre les guides d'onde 40 et les éléments radiants 30 d'un côté, et le plan de connexion entre les guides d'ondes 40 et les éléments 50 de l'autre côté, sont de préférence parallèles entre eux et perpendiculaires à la direction principale d de transmission du signal.
[0080] Les guides d'ondes 40 à la périphérie de la deuxième couche 4 sont plus incurvés que ceux près du centre, et plus longs. Les guides d'onde 40 proches du centre peuvent être rectilignes.
[0081] Les dimensions du canal interne à travers les guides d'onde 40 et ceux de la couche 41, ainsi que leurs formes, sont déterminées en fonction de la fréquence opérationnelle du module, c'est-à-dire la fréquence du signal électromagnétique pour lequel le module 1 est fabriqué et pour laquelle un mode de transmission stable et optionnellement avec un minimum d'atténuation est obtenu. [0082] Comme on l'a vu, les différents guides d'onde 40 dans la deuxième couche 4 présentent des longueurs et des courbures différentes, qui influencent leur courbe de réponse en fréquence. Ces différences peuvent être compensées par l'électronique alimentant chaque port 60 ou traitant les signaux reçus. De préférence, ces différences sont cependant compensées au moins partiellement en adaptant la section des différents guides d'onde 40, qui ont alors des formes et/ou des dimensions différentes entre eux.
[0083] La longueur des différents guides d'onde 40 de la deuxième couche est avantageusement identique, ce qui permet d'assurer un déphasage identique des signaux traversant les différents guides d'onde, et donc de maintenir leur décalage relatif.
[0084] La longueur des différents guides d'onde 40 peut être différente; dans ce cas, on utilisera de préférence des guides d'onde isophase à la longueur d'onde considérée, c'est-à-dire des guides d'onde produisant tous un déphasage identique. A cet effet, dans un mode de réalisation, les différents guides d'onde ont des longueurs différentes et des sections différentes de manière à compenser la variation de phase produites par les différentes longueurs. [0085] Il est aussi possible d'utiliser des guides d'onde de longueur différente, et/ou produisant des déphasages différents, et d'exploiter ou de compenser ces déphasages avec le réseau de circuits électroniques actifs de déphasage, afin de contrôler le déphasage relatif entre éléments radiants, et par exemple de contrôler le beamforming. [0086] La deuxième couche 4 peut aussi, selon les modes de réalisation, inclure d'autres éléments à guide d'onde tels que des filtres, des
convertisseurs de polarisation ou des adaptateurs de phase.
[0087] Chaque guide d'onde 40 peut être destiné à transmettre un signal à polarisation simple ou à double polarisation. [0088] La troisième couche 5 est optionnelle et comporte des éléments 50. Dans un mode de réalisation, les éléments 50 permettent de faire une transition entre la section transversale des ports 60 de la quatrième couche 6 et la section transversale qui peut être différente des guides d'onde 40 de la deuxième couche 4, correspondant généralement à la section
transversale des éléments radiants de la première couche 3. Les guides d'onde de la troisième couche 5 assurent par exemple une transition entre la section carrée ou rectangulaire de la sortie des ports 60 et la section des guides d'onde 40 et des éléments radiants 30 qui est munie de stries 400 respectivement 300.
[0089] Les éléments 50 de la troisième couche 5 peuvent aussi, selon les modes de réalisation, effectuer une transformation du signal, par exemple à l'aide d'autres éléments à guide d'onde tels que des filtres, des
convertisseurs de polarisation, des polariseurs, des adaptateurs de phase, etc.
[0090] La surface transversale de la troisième couche 5 est de préférence égale à la surface transversale de la quatrième couche 6.
[0091] La figure 2 illustre un exemple d'élément 50 de la troisième couche 5. Dans le mode de réalisation du haut de la figure, cet élément 50 comporte une entrée 51 liée à un port 60 et une entrée 53 liée à l'entrée 41 d'un guide d'onde 40.
[0092] Dans le mode de réalisation du bas de la figure, cet élément 50 comporte deux entrées 52A, 52B, chacune étant liée à un port 60A respectivement 60B de la quatrième couche, et une entrée 53 liée à l'entrée 41 d'un guide d'onde 40. Dans ce mode de réalisation, l'élément 60 comporte de préférence un polariseur pour combiner respectivement séparer deux polarités sur les ports 60A, 60B, depuis/vers un signal combiné sur le guide d'onde 40. [0093] L'ensemble du module 1 est réalisé de préférence de manière monolithique, par fabrication additive. Il est aussi possible de réaliser l'ensemble du module 1 en plusieurs blocs assemblés entre eux, chaque bloc comportant les quatre couches 3,4, 5,6, ou au moins les couches 3,4 et 6. Une fabrication par usinage soustractif ou par assemblage est aussi possible.
[0094] Dans un mode de réalisation, le module est réalisé intégralement en métal, par exemple en aluminium, par fabrication additive.
[0095] Dans un autre mode de réalisation, le module 1 comporte une âme en polymère, en PEEK, en métal ou en céramique, et une enveloppe conductrice déposée sur les faces de cette âme. L'âme du module 1 peut être formée d'un matériau polymère, de céramique, d'un métal ou d'un alliage, par exemple d'aluminium, de titane ou d'acier.
[0096] L'âme du module 1 peut être réalisée par stéréolithographie ou par sélective laser melting. L'âme peut comporter différentes pièces assemblées, par exemple collées ou soudées, entre elles.
[0097] La couche métallique formant l'enveloppe peut comprendre au choix un métal choisi parmi Cu, Au, Ag, Ni, Al, acier inoxydable, laiton ou une combinaison de ces métaux. [0098] La surface interne et la surface externe de l'âme sont recouvertes d'une couche métallique conductrice, par exemple de cuivre, d'argent, d'or, de nickel etc, plaqué par déposition chimique sans courant électrique.
L'épaisseur de cette couche est par exemple comprise entre 1 et 20 micromètres, par exemple entre 4 et 10 micromètres. [0099] L'épaisseur de ce revêtement conducteur doit être suffisante pour que la surface soit conductrice électriquement à la fréquence radio choisie. Ceci est typiquement obtenu à l'aide d'une couche conductrice dont l'épaisseur est supérieure à la profondeur de peau d .
[00100] Cette épaisseur est de préférence sensiblement constante sur toutes les surfaces internes afin d'obtenir une pièce finie avec des tolérances dimensionnelles précises.
[00101] La déposition de métal conducteur sur les faces internes et éventuellement externes se fait en immergeant l'âme dans une série de bains successifs, typiquement 1 à 15 bains. Chaque bain implique un fluide avec un ou plusieurs réactifs. La déposition ne nécessite pas d'appliquer un courant sur l'âme à recouvrir. Un brassage et une déposition régulière sont obtenus en brassant le fluide, par exemple en pompant le fluide dans le canal de transmission et/ou autour du module 1 ou en vibrant l'âme et/ou le bac de fluide, par exemple avec un dispositif vibrant à ultrasons pour créer des vagues ultrasoniques. [00102] L'enveloppe conductrice métallique peut recouvrir toutes les faces de l'âme de manière ininterrompue. Dans un autre mode de réalisation, le module 1 comporte des parois latérales avec des surfaces externes et internes, les surfaces internes délimitant un canal, ladite enveloppe conductrice recouvrant ladite surface interne mais pas la totalité de la surface externe.
[00103] Le module 1 peut comporter une couche de lissage destinée à lisser au moins partiellement les irrégularités de la surface de l'âme.
L'enveloppe conductrice est déposée par-dessus la couche de lissage.
[00104] Le module 1 peut comporter une couche d'accrochage (ou d'amorçage) déposée sur l'âme de manière à la recouvrir de manière ininterrompue. [00105] La couche d'accrochage peut être en matériau conducteur ou non conducteur. La couche d'accrochage permet d'améliorer l'adhésion de la couche conductrice sur l'âme. Son épaisseur est de préférence inférieure à la rugosité Ra de l'âme, et inférieure à la résolution du procédé de fabrication additive de l'âme.
[00106] Dans un mode de réalisation, le module 1 comprend
successivement une âme non conductrice réalisée en fabrication additive, une couche d'accrochage, une couche de lissage et une couche conductrice. Ainsi, la couche d'accrochage et la couche de lissage permettent de diminuer la rugosité de la surface du canal guide d'ondes. La couche d'accrochage permet d'améliorer l'adhésion de l'âme, conductrice ou non conductrice, avec la couche de lissage et la couche conductrice.
[00107] La forme du module 1 peut être déterminée par un fichier informatique stocké dans un support de données informatique et permettant de commander un dispositif de fabrication additive.
[00108] Le module peut être lié à un circuit électronique, par exemple sous la forme d'un circuit imprimé monté derrière la couche 5 de ports, avec des amplificateurs et/ou de déphaseurs liés à chaque port.

Claims

Revendications
1. Module radiofréquence (1), comprenant :
une première couche (3) comprenant un réseau d'éléments radiants (30), chaque élément radiant (30) ayant une section permettant de supporter au moins un mode de propagation d'onde,
une deuxième couche (4) formant un réseau de guides d'ondes
(40) ;
une quatrième couche (6) formant un réseau de ports (60); la deuxième couche (4) étant interposée entre la première couche (3) et la quatrième couche (6) ;
chaque guide d'onde (40) étant destiné à transmettre dans un sens ou l'autre un signal radiofréquence entre un port (60) de la quatrième couche (4) et un élément radiant (30) de la première couche;
la surface de la première couche (3) étant différente de la surface de la quatrième couche (6) ;
les guides d'onde (40) se rapprochant les uns des autres entre la quatrième couche (6) et la première couche (3) ou entre la première couche (3) et la quatrième couche (6).
2. Module radiofréquence selon la revendication 1, la surface de la première couche (3) étant plus petite que la surface de la quatrième couche (6) ;
les guides d'onde (40) se rapprochant les uns des autres entre la quatrième couche (6) et la première couche (3).
3. Module radiofréquence selon la revendication 2, le pas (p1) entre deux éléments radiants (30) de la première couche (3) étant inférieur à l\2, l étant la longueur d'onde à la fréquence d'opération maximale.
4. Module radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 3, chaque section de la première couche étant munie d'au moins une strie parallèle à la direction (d) de propagation du signal.
5. Module radiofréquence selon la revendication 1, la surface de la première couche (3) étant plus grande que la surface de la quatrième couche (6) ;
les guides d'onde (40) s'éloignant les uns des autres entre la quatrième couche (6) et la première couche (3).
6. Module radiofréquence selon l'une des revendications 1 ou 5, les éléments radiants (30) de la première couche étant non striés et constitués par des guides d'onde ouverts avec une section carrée, rectangulaire, circulaire, hexagonales, octogonales, ou des cornes pyramidales, ou en forme de splines.
7. Module radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 6, la disposition des éléments radiants (30) de la première couche (3) étant différente de la disposition des ports (60) de la quatrième couche (6).
8. Module radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 7, comportant une troisième couche (5) interposée entre la deuxième couche (4) et la quatrième couche (6) et comprenant un réseau d'éléments (50) réalisant une adaptation de section entre la section de la sortie des ports (60, 60A, 60B) de la quatrième couche (6) et la section de forme différente des guides d'onde (40). 9. Module radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 8, comportant une troisième couche (5) interposée entre la deuxième couche (4) et la quatrième couche (6) et comprenant un réseau d'éléments (50) comprenant un polariseur.
10. Module radiofréquence l'une des revendications 1 à 8, comportant des polariseurs externes juste après les éléments radiants dans l'air.
11. Module radiofréquence l'une des revendications 1 à 8, comportant des polariseurs entre la première et la deuxième couche.
12. Module radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 11, comportant une troisième couche (5) interposée entre la deuxième couche (4) et la quatrième couche (6) et comportant un filtre.
13. Module radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 12, lesdits ports (60) ayant une section externe carrée ou rectangulaire.
14. Module radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 13, chaque guide d'onde (40) possédant une section transversale en forme de carré, de rectangle, d'hexagone, de rond ou d'ovale, dont les faces internes sont munies d'au moins une strie (400) s'étendant longitudinalement le long de chaque face interne des guides d'onde.
15. Module radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 14, chaque guide d'onde (40) étant conçu pour transmettre soit uniquement un mode fondamental soit un mode fondamental et un seul mode dégénéré.
16. Module radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 15, lesdits ports (60A, 60B) constituant les entrées d'un polariseur (60).
17. Module radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 16, le pas (p 1 ) entre deux éléments radiants (30) étant variable au sein du module.
18. Module radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 17, une première extrémité de tous les guides d'onde (40) se trouvant dans un premier plan, une seconde extrémité de tous les guides d'onde se trouvant dans un second plan.
19. Module radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 18, la longueur des différents guides d'onde (40) de la deuxième couche (4) étant identique.
20. Module radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 18, la longueur des différents guides d'onde (40) de la deuxième couche (4) étant variable.
21. Module radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 20, les différents guides d'onde étant isophases.
22. Module radiofréquence selon la revendication 21, les différents guides d'onde ayant des longueurs différentes et des sections transversales différentes de manière à compenser au moins partiellement les différences de réponse en fréquence et/ou les différences de phase causées par les différentes longueurs et/ou différentes courbures des guides d'onde.
23. Module radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 22, les guides d'onde (40) de la deuxième couche (4) étant incurvés.
24. Module radiofréquence selon la revendication 23, la courbure des différents guides d'onde (40) de la deuxième couche (4) étant variable au sein du module.
25. Module radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 24, réalisé par fabrication additive.
26. Module radiofréquence selon la revendication 24, constitué par un élément monolithique. 27. Module radiofréquence selon l'une des revendications 1 à 25, comprenant un circuit électronique avec des amplificateurs et/ou des déphaseurs liés à chaque polariseur.
EP18834018.6A 2018-06-01 2018-12-06 Module radiofréquence Pending EP3804034A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH6992018 2018-06-01
PCT/IB2018/059734 WO2019229515A1 (fr) 2018-06-01 2018-12-06 Module radiofréquence

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3804034A1 true EP3804034A1 (fr) 2021-04-14

Family

ID=65023945

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP18834018.6A Pending EP3804034A1 (fr) 2018-06-01 2018-12-06 Module radiofréquence

Country Status (4)

Country Link
US (2) US11742589B2 (fr)
EP (1) EP3804034A1 (fr)
IL (1) IL278692B1 (fr)
WO (1) WO2019229515A1 (fr)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11890676B2 (en) 2021-02-15 2024-02-06 Raytheon Missiles & Defense (RMD) Waveguide fence support
FR3128590B1 (fr) 2021-10-27 2024-03-22 Swissto12 Sa Module radiofréquence comprenant un réseau de guides d’ondes isophases

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2550892B1 (fr) 1983-08-19 1986-01-24 Labo Electronique Physique Sortie d'antenne en guide d'onde pour une antenne plane hyperfrequence a reseau d'elements rayonnants ou recepteurs et systeme d'emission ou de reception de signaux hyperfrequences comprenant une antenne plane equipee d'une telle sortie d'antenne
US6703976B2 (en) * 2001-11-21 2004-03-09 Lockheed Martin Corporation Scaleable antenna array architecture using standard radiating subarrays and amplifying/beamforming assemblies
US8188932B2 (en) * 2007-12-12 2012-05-29 The Boeing Company Phased array antenna with lattice transformation
EP2260537B1 (fr) 2008-03-18 2012-08-15 Astrium Limited Ensemble alimentation d'antenne
JP4988002B2 (ja) 2010-03-25 2012-08-01 シャープ株式会社 無線通信装置
US9112279B2 (en) * 2011-02-25 2015-08-18 Honeywell International Inc. Aperture mode filter
US9472853B1 (en) 2014-03-28 2016-10-18 Google Inc. Dual open-ended waveguide antenna for automotive radar
US9711870B2 (en) 2014-08-06 2017-07-18 Waymo Llc Folded radiation slots for short wall waveguide radiation
US9698492B2 (en) * 2015-01-28 2017-07-04 Northrop Grumman Systems Corporation Low-cost diplexed multiple beam integrated antenna system for LEO satellite constellation
US9859597B2 (en) * 2015-05-27 2018-01-02 Viasat, Inc. Partial dielectric loaded septum polarizer
US9991607B1 (en) * 2015-06-04 2018-06-05 Rockwell Collins, Inc. Circular array of ridged waveguide horns
CN107636900B (zh) 2015-06-18 2021-05-14 Vega格里沙贝两合公司 用于线扫描器的波导耦合结构
FR3048556B1 (fr) * 2016-03-04 2018-03-02 Swissto 12 Sa Procede de fabrication additive d'un guide d'onde ainsi que dispositifs a guide d'onde fabriques selon ce procede
US10381177B2 (en) 2016-03-14 2019-08-13 Citizen Electronics Co., Ltd. Push switch, method of manufacturing push switch, and electronic device including push switch
WO2017160833A1 (fr) 2016-03-15 2017-09-21 Commscope Technologies Llc Antenne de réseau de panneau plat ayant un rotateur de polarisation intégré
ES2886940T3 (es) * 2017-09-25 2021-12-21 Gapwaves Ab Red de antenas en fase
JP7074882B2 (ja) 2018-04-19 2022-05-24 メタウェーブ コーポレーション アンテナアレイの要素を放射するための方法および装置
CA3100449C (fr) * 2018-06-01 2022-08-30 Swissto12 Sa Module radiofrequence
SE542733C2 (en) * 2019-02-08 2020-06-30 Gapwaves Ab Antenna array based on one or more metamaterial structures
US10897090B2 (en) 2019-02-15 2021-01-19 The Boeing Company Electronics and filter-integrated, dual-polarized transition and radiator for phased array sensors
CN111585050B (zh) * 2020-05-18 2021-03-02 宁波大学 一种宽频带平板阵列天线

Also Published As

Publication number Publication date
US11742589B2 (en) 2023-08-29
US20220231424A1 (en) 2022-07-21
US20230378659A1 (en) 2023-11-23
IL278692A (en) 2020-12-31
WO2019229515A1 (fr) 2019-12-05
IL278692B1 (en) 2024-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3171451B1 (fr) Combineur spatial de puissance
EP3073569B1 (fr) Matrice de butler compacte, formateur de faisceaux bidimensionnel planaire et antenne plane comportant une telle matrice de butler
EP4012834B1 (fr) Source d'antenne pour une antenne réseau à rayonnement direct, panneau rayonnant et antenne comprenant plusieurs sources d'antenne
EP3179551B1 (fr) Ensemble d'excitation compact bipolarisation pour un element rayonnant d'antenne et reseau compact comportant au moins quatre ensembles d'excitation compacts
EP2869400B1 (fr) Répartiteur de puissance compact bipolarisation, réseau de plusieurs répartiteurs, élément rayonnant compact et antenne plane comportant un tel répartiteur
US11309637B2 (en) Radiofrequency module
WO2020194270A1 (fr) Composant radiofréquence comportant plusieurs dispositifs à guide d'onde muni de stries
US20230378659A1 (en) Radiofrequency module
WO2021124170A1 (fr) Antenne à double polarisation
EP3664214B1 (fr) Eléments rayonnants à accès multiples
EP2764577B1 (fr) Source multi-faisceaux
WO2023073567A1 (fr) Module radiofréquence comprenant un réseau de guides d'ondes isophases
EP2316149B1 (fr) Element rayonnant compact a faibles pertes
EP2637254B1 (fr) Antenne plane pour terminal fonctionnant en double polarisation circulaire, terminal aéroporté et système de télécommunication par satellite comportant au moins une telle antenne
EP3721501B1 (fr) Composant micro-ondes et procédé de fabrication associé
WO2024100614A1 (fr) Antenne striée a double polarisation
EP3155690B1 (fr) Antenne plate de telecommunication par satellite
FR3128321A1 (fr) Antenne à double polarisation
WO2022137185A1 (fr) Réseau d'antennes à fentes
EP3953989A1 (fr) Dispositif radiofréquence passif comprenant des ouvertures axiales de fixation
EP3075031B1 (fr) Agencement de structures antennaires pour télécommunications par satellites

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20201104

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20221013

P01 Opt-out of the competence of the unified patent court (upc) registered

Effective date: 20230915