FR2578105A1 - Antenne plane a micro-ondes - Google Patents
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Abstract
ANTENNE PLANE A MICRO-ONDES COMPRENANT UNE PLURALITE DE PAIRE D'ELEMENTS D'ANTENNE ATE CONNECTES A LEUR PREMIERE EXTREMITE A UN CIRCUIT D'ALIMENTATION PSC ET COMPRENANT RESPECTIVEMENT A LEUR AUTRE EXTREMITE UN MOYEN COMPLEMENTAIRE D'ANTENNE PAT D'IMPEDANCE ADAPTEE, DANS LAQUELLE L'ENERGIE DES SIGNAUX SUBSISTANT AUX EXTREMITES TERMINALES DES ELEMENTS D'ANTENNE EST AMENEE A ETRE UTILISEE EFFICACEMENT COMME ENERGIE RAYONNEE, ET TOUTE PERTE D'ENERGIE EST SUPPRIMEE POUR AUGMENTER LE GAIN DE L'ANTENNE ET SON RENDEMENT D'OUVERTURE. APPLICATION NOTAMMENT AUX ANTENNES DE RECEPTION D'ONDES A POLARISATION CIRCULAIRE DE SATELLITES GEOSTATIONNAIRES DE TELEDIFFUSION.
Description
257810S
ANTENNE PLANE A MICRO-ONDES
La présente invention concerne des antennes planes
pour micro-ondes.
L'antenne plane pour micro-ondes du type concerné est efficace pour recevoir des ondes à polarisation circulaire ou analogue, qui sont transmises sur une porteuse de la bande SHF, en particulier dans la bande des
12 GHz à partir d'un satellite geostationnaire de téld-
diffusion lancé dans l'espace cosmique à une altitude de
36.000 km au-dessus de la terre.
Les antennes généralement utilisées par les particuliers pour recevoir des ondes à polarisation
circulaire de ce type envoyées par un satellite de tell-
diffusion géostationnaire sont des antennes paraboliques installées sur le toit ou dans une position élevée analogue des bâtiments d'habitation. Cependant, l'antenne parabolique a soulevé des problèmes du fait qu'elle est sensible aux vents puissants et qu'elle peut facilement tomber étant donné sa structure massive, de sorte que des moyens supplémentaires destines à supporter l'antenne de façon stable sont nécessaires et que les moyens supports nécessitent un travail complexe comme la fixation sur l'antenne de poteaux de renforcement constituant une partie importante des moyens supports, ce travail pouvant même représenter un coût supérieur à celui de l'antenne elle-même. Dans une tentative d'élimination des problèmes ci-dessus soulevés par l'antenne parabolique, il a été propose, dans la publication du brevet japonais No.57-99803 (qui correspond de la demande de brevet U.S. No. 4.475.107 ou de demande de brevet allemand No. 314900.2), une antenne plane qui est plane sur toute sa configuration et comprend une pluralité de lignes à micro-bandes en créneaux disposées par paires sur la surface supérieure d'un élément d'antenne fabriqué en un substrat isolant en "Teflon" armé de fibres de verre, en polyéthylène ou analogue, et un conducteur de mise à la masse recouvrant la totalité de la surface inférieure de l'élément d'antenne. Les paires des lignes en microbandes sont respectivement connectées, à une extrémité, avec chacun des conducteurs de ligne en bande d'un circuit d'alimentation en un branchement carrousel qui permet d'appliquer un courant d'ondes progressives parallèlement aux lignes en microbande respectives apariées avec la même
amplitude et la même phase.
Dans une antenne plane de ce type, le courant d'ondes progressives est mis à profit pour obtenir un gain d'antenne avantageux et il est donc nécessaire de limiter les réflexions de l'énergie des signaux aux extrémités des paires respectives des lignes en microbande. Pour cela, les lignes en microbande apariées sont reliées à leurs extrémités respectives à une résistance terminale en forme de résistance terminale. Les résistances terminales ont pour objet d'absorber l'énergie des signaux qui subsiste aux extrémités respectives des lignes à micro- bandes apariées correspondantes et d'empêcher tout phénomène indésirable de rayonnement ayant comme origine l'énergie
des signaux réfléchis.
L'antenne plane ci-dessus peut être construite avec une structure plus simple et peu onéreuse et elle est encore capable de réduire notablement le coût du travail de fixation nécessaire puisque cette antenne peut être montée directement sur un mur extérieur des bâtiments
d'habitation sans nécessiter de support supplémentaire.
Mais, cette antenne plane a l'inconvénient, bien que la réflexion de l'énergie des signaux puisse être empêchée, de consommer de l'énergie des signaux dans les résistances sous forme d'effet Joule et d'aboutir à une importante
perte d'énergie et à une réduction du gain de l'antenne.
Un premier objet de la présente invention consiste donc à proposer une antenne plane à micro-ondes qui puisse limiter la réflexion de l'énergie des signaux aux extrémités des lignes en microbande apariées respectives afin d'empêcher les pertes de puissance aux extrémités terminales et donc d'obtenir une antenne ayant un gain élevé et un meilleur rendement d'ouverture. Selon la présente invention, cet objet peut être atteint en proposant une antenne plane pour micro-ondes qui comprend une pluralité de paires-de lignes à micorbande crénelées ayant respectivement leurs portions crénelées décalées dans chacune des paires, et un circuit d'alimentation comprenant un branchement en carrousel des conducteurs de la ligne en bande qui sont respectivement reliés à une extrémité de chacune des paires de ligne en microbande, dans laquelle un moyen d'antenne supplémentaire à impédance adaptée est installé à l'autre extrémité de chaque paire respective des lignes en microbande. D'autres objets et avantages de la présente
invention apparaîtront dans la description détaillée qui
va suivre de l'invention en se référant aux modes de
réalisation préférés représentés sur les dessins annexes.
Sur ces dessins: la figure 1 est une vue schématique en plan d'un mode de réalisation d'antenne plane selon la présente invention; la figure 2 est une vue partielle en plan agrandie à l'extrémité de la paire des lignes eh microbande de l'antenne plane de la figure 1; la figure 3 est une vue schématique en plan d'un autre mode de réalisation de l'antenne plane selon la présente invention; et la figure 4 est une vue partielle en plan agrandie de l'extrémité d'une paire de lignes en microbande de
l'antenne plane de la figure 3.
La présente invention va maintenant être décrite en se référant à des modes de réalisation préférés représentés sur les dessins, mais il est bien entendu que l'intention n'est pas de limiter l'invention aux seuls modes de réalisation particuliers présentés, mais plutôt de couvrir tous les changements, les modifications et les agencements équivalents possibles dans le cadre de l'invention. En se référant à la figure 1, on peut voir qu'une antenne plane à micro-ondes FAT du type à lignes en microbande crénelées dans un mode de réalisation de la présente invention, o une pluralité d'éléments d'antenne ATE1 à ATEn sont disposés sensiblement selon des-rangées parallèles. Chacun des éléments d'antenne ATE1 à ATEn comprend une paire de lignes en microbande ASL et ASLa constituée d'un conducteur crénelé de façon cyclique et répétitive, la paire des lignes en microbande ASL et ASLa étant disposée de façon que les portions crénelées de chaque ligne soient respectivement décalées par rapport aux portions crénelées de l'autre ligne, afin qu'une différence de phase spatiale soit introduite pour limiter les lobes latéraux du faisceau rayonné. En conséquence, il est proposé une antenne & onde progressive d'un réseau monodimensionnel ayant une caractéristique en fréquence et une directivité définies par la façon dont les lignes à bandes sont crénelées, c'est-à-dire du cycle des créneaux des lignes en microbande ASL et ASLa. Ces éléments d'antenne sont installés sur une première face d'un substrat isolant (non représenté) ayant sur son autre face
un conducteur de mise à la masse.
Les éléments d'antenne ATE1 àATEn sont connectés & leur première extrémité à un circuit d'alimentation PSC qui comprend des lignes conductrices en bande SSL branchées à partir d'une extrémité de source d'alimentation principale SLo selon un branchement en carrousel aux éléments d'antenne respectifs à leur première extrémité, afin que le courant d'ondes progressif puisse être appliqué par ce circuit d'alimentation PSC, parallèlement aux éléments d'antenne respectifs ATE1 à
ATEn, avec la même amplitude et la même phase.
En se référant maintenant à la figure 2, les éléments d'antenne ATE1 à ATEn sont respectivement équipés à leur autre extrémité d'un moyen d'antenne complémentaire PAT adapté en impédance avec les lignes en microbande apariées ASL et ASLa et connecté à ces lignes précisément dans les portions o elles se rapprochent l'une de l'autre dans la direction perpendiculaire & la direction longitudinale des lignes en microbande. Le moyen d'antenne complémentaire PAT comprend un élément d'antenne complémentaire ATME et des éléments transformateurs d'impédance TFP et TFPa, et l'élément ATME ayant sensiblement la forme d'un conducteur carré est relié aux lignes en microbande apariées ASL et ASLa par l'intermédiaire de chacun des éléments transformateurs TFP et TFPa formés de manière à correspondre à 1/4 de longueur d'onde. Si les lignes en microbande ASL et ASLa ont une impédance caractéristique Z1 de 50 Q, alors l'impédance d'entrée Z2 de l'élément d'antenne complémentaire ATME est fixée à 200 2 et l'impédance caractéristique Z3 des éléments transformateurs TFP et TFPa doit être de 100 Q, c'est-à-dire que les impédances satisfont la relation z32=zl. Z2 de façon à assurer l'adaptation d'impédance. De plus, lorsque chacun des éléments transformateurs d'impédance TFP et TFPa est fixé à une longueur égale à 1/4 de longueur d'onde, c'est-à-dire à tg/4, si g est la longueur d'onde, alors la longueur d'onde de ligne Xg s'exprime par g=n. k0, o X0 est la longueur d'onde spatiale et n un rapport de contraction de longueur d'onde. La longueur d'onde de ligne Àg est fixée de façon que les signaux respectivement rayonnés par les lignes en microbande ASL et ASLa et par les moyens complémentaires d'antenne PAT aient la même phase dans la direction du faisceau principal de l'antenne plane FAT et se superposent. Dans le mode de réalisation illustré, en particulier, les parties d'extrémité terminales des lignes en microbande ASL et ASLa sont construites de façon à satisfaire l'équation la =1 + g/4 & la réception des ondes à polarisation circulaire, o 1 et la sont les longueurs le long des lignes ASL et ASLa & partir de l'élément complémentaire d'antenne ATME jusqu'à un point 1Q ayant la même phase prédéterminée dans la direction longitudinale de l'élément d'antenne, c'est-à-dire les
longueurs des lignes de réglage de phase.
Avec le montage tel qu'il vient d'être décrit, le moyen complémentaire d'antenne PAT agit comme un circuit résonant d'impédance adaptée à l'élément d'antenne, si bien qu'aucune réflexion de signaux ni rayonnement indésirable de signaux n'intervient. Autrement dit, l'énergie des signaux qui a atteint le moyen complémentaire d'antenne PAT sera totalement rayonnée et, ainsi,l'énergie des signaux qui a-été jusqu'à maintenant consommée dans les résistances terminales en provoquant d'importantes pertes d'énergie peut être utilisée efficacement comme énergie rayonnée, de sorte que l'antenne plane FAT considérée dans son ensemble peut
avoir un gain élevé et une grande efficacité d'ouverture.
En se référant maintenant aux figures 3 et 4, on peut voir une antenne plane pour micro-ondes FAT' dans un autre mode de réalisation de la présente invention, dans laquelle un moyen d'antenne complémentaire PAT' est branché à 1'extrémité terminale des lignes en microbande apariées ASL' et ASLa' précisément dans les portions o elles sont écartées l'une de l'autre, contrairement au cas du moyen complémentaire d'antenne PAT qui est connecté aux lignes en microbande ASL et ASLa dans les portions o elles sont rapprochées dans le mode de réalisation précédent des figures 1 et 2. Dans le cas particulier, donc, les lignes en microbande ASL' et ASLa' sont orientées dans une direction oblique a partir des points o elles sont écartées pour converger vers l'élément d'antenne complémentaire ATME' du moyen d'antenne complémentaire PAT', afin de définir les longueurs 1' et la' des lignes de réglage de phase comprenant les éléments transformateurs d'impédance TFP' et TFPa' qui sont fixés de façon à satisfaire la relation la' = 1' +A g/4. De plus, si le cycle des créneaux ou distances entre les portions crénelées adjacentes des lignes en microbande respectives ASL' et ASLa' est fixé à L', la distance La' entre le centre de la dernière portion crénelée de l'une (ASL') des lignes et la ligne de réglage de phase à l'extrémité terminale de la!igne ASL' est fixée à L'/2 afin d'optimiser l'adaptation d'impédance entre les lignes ASL' et ASLa' et le moyen complêmentaire d'antenne PAT' afin d'obtenir un gain élevé de l'antenne. Les autres dispositions et le fonctionnement de l'antenne plane FAT' des figures 3 et 4 sont sensiblement identiques à ceux de
l'antenne plane FAT des figures 1 et 2.
Bien que la présente invention ait été décrite dans une application a des antennes planes & micro-ondes à utiliser pour la réception d'ondes à polarisation circulaire, on notera que l'invention n'est pas limitée a l'application ci-dessus mais qu'elle peut être appliquée communément, par exemple, à des antennes planes destinées à recevoir des ondes à polarisation linéaire avec toute modifcation de construction nécessaire possible en
conservant le principe technique de l'invention.
Claims (5)
1. Antenne plane à micro-ondes comprenant une pluralité de paires d'éléments d'antenne constitués par des lignes conductrices en microbande crénelées ayant chacune des portions crénelées décalées l'autre dans chaque paire, et un circuit d'alimentation comprenant des lignes conductrices en bande connectés en un branchement à carrousel et respectivement reliés à une première extrémité de chaque paire des lignes en microbande, carctérisée en ce qu'un moyen complémentaire d'antenne (PAT) est disposé à l'autre extrémité de chaque paire en lignes en microbande (ASL, ASLa) et que son impédance est
adaptée à celle desdites lignes.
2. Antenne plane à micro-ondes selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit moyen complémentaire d'antenne (PAT) comprend un élément d'antenne (ATME) formé d'un conducteur électrique et une paire de lignes conductrices en bande de réglage de phase comprenant chacune un élément transformateur d'impédance (TFP, TFPa) et reliant chacune des lignes en microbande et
ledit élément d'antenne.
3. Antenne plane à micro-ondes selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit moyen complémentaire d'antenne (PAT) est branché à ladite autre extrémité de chacun desdits éléments d'antenne à l'endroit o les lignes en microbande (ASL, ASLa) se rapprochent
l'une de l'autre.
4. Antenne plane à micro-ondes selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit moyen complémentaire d'antenne (PAT) est branché à l'autre extrémité de chacun desdits éléments d'antenne & l'endroit o les lignes en microbande (ASL, ASLa) s'écartent l'une
de l'autre.
5. Antenne plane à micro-ondes selon la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits éléments transformateurs d'impédance (TFP, TFPa) ont une longueur (1) égale à Xg/4, la longueur d'onde de la ligne étant Xg, et l'une desdites lignes de réglage de phase connectée à l'une desdites lignes en microbandedes appariées a une longueur (1) qui est la somme de Xg et de la longueur de l'autre ligne de réglage de phase reliée à l'autre ligne
en microbande.
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