FR2747844A1

FR2747844A1 - Supply for network of crossed double polarisation planar antennae

Info

Publication number: FR2747844A1
Application number: FR9007842A
Authority: FR
Inventors: Gerard Dubost; Guy Bastard; Maurice Loiseau
Original assignee: Thomson LGT Laboratoire General des Telecommunications
Current assignee: Thomson LGT Laboratoire General des Telecommunications
Priority date: 1990-06-22
Filing date: 1990-06-22
Publication date: 1997-10-24
Also published as: IT1277983B1; ES2103630A1; ITTO910406A1; GB9113334D0; ITTO910406A0; ES2103630B1; DE4120522A1; PT98043A

Abstract

Each partial distributor (D, D) has as many branches as there are columns of sources (Si), forming n conductor columns. The conducting columns (Ci, Ci), corresponding to the two distributors which are associated with a same column of sources, are situated to one side and the other of the column, and are connected to the corresponding branches by their midpoints (Mi, Mi). The spacing (d) of the sources (Si) along a column equals the wavelength in air divided by the square root of the relative permittivity of the PCB material. The source columns are spaced with a greater separation, to print the column conductors and the corresponding branches between them.

Description

Dispositif d'alimentation pour réseau d'antennes
plaques à double polarisation croisée et réseau
équipé d'un tel dispositif
La présente invention se rapporte aux antennes plaques et a plus particulièrement pour objet un dispositif d'alimentation, ou "distributeur", pour un réseau d'antennes plaques à double polarisation croisée avantageusement réalisé en circuits imprimés, et un réseau équipé d'un tel dispositif.Power supply device for antenna array
cross-polarized and network plates
equipped with such a device
The present invention relates to plate antennas and more particularly to a power supply device, or "distributor", for a cross-polarized plate antenna array advantageously made in printed circuits, and a network equipped with such a device. device.

Le dispositif d'alimentation selon l'invention est spécialement conçu pour être complètement intégré au circuit imprimé qui peut porter plusieurs centaines d'antennes plaques. The feed device according to the invention is specially designed to be completely integrated with the printed circuit which can carry several hundred antenna plates.

En effet, si un réseau d'antennes plaques à polarisation linéaire peut aisément supporter l'insertion d'un dispositif d'alimentation sur le même circuit imprimé (c'est ce qui est fait par un distributeur en arbre pour un réseau à polarisation linéaire) réalisé à l'aide de deux circuits imprimés plaqués l'un contre l'autre, il est impossible d'intégrer de la même manière deux distributeurs en arbre, chacun associé à une polarisation, à cause de leurs croisements inévitables. Indeed, if a network of linear polarization plate antennas can easily support the insertion of a power supply device on the same printed circuit (this is what is done by a tree distributor for a linear polarization network ) made using two printed circuits pressed against each other, it is impossible to integrate in the same way two shaft distributors, each associated with a polarization, because of their unavoidable crossings.

Pour résoudre ce problème, une isolation des deux distributeurs en arbre (chacun associé à une des deux polarisations) par une couche de diélectrique a été proposée. Une telle solution nécessite, pour le réseau, l'utilisation de trois circuits imprimés. De plus, des capacités de couplage indésirables existent aux nombreuses zones de recouvrement des deux dispositifs d'alimentation et, favorisent le passage d'énergie entre ceux-ci. Le découplage entre les deux polarisations devient alors insuffisant pour les applications envisagées. To solve this problem, an isolation of the two shaft distributors (each associated with one of the two polarizations) by a dielectric layer has been proposed. Such a solution requires, for the network, the use of three printed circuits. In addition, undesired coupling capabilities exist at the many overlapping areas of the two feeders and, promote the passage of energy therebetween. The decoupling between the two polarizations then becomes insufficient for the envisaged applications.

Une autre solution consisterait à prévoir que l'un des distributeurs en arbre puisse se trouver sur le circuit imprimé des sources rayonnantes et l'autre sur un autre circuit imprimé, avec autant de passages que de sources rayonnantes (par exemple du type coaxial). Cette solution, qui en outre dans une réalisation "triplaque" exigerait l'usage de quatre circuits imprimés, est difficile à mettre en oeuvre lorsque plusieurs centaines de sources rayonnantes sont envisagées. Another solution would be to provide that one of the shaft distributors can be on the printed circuit of the radiating sources and the other on another printed circuit, with as many passages as radiating sources (for example of the coaxial type). This solution, which in addition in a "triplate" embodiment would require the use of four printed circuits, is difficult to implement when several hundred radiant sources are envisaged.

De plus, toutes les solutions immédiatement accessibles nécessitent une grande précision mécanique dans l'alignement des différents circuits imprimés, incompatible avec la montée en fréquences. In addition, all immediately accessible solutions require high mechanical precision in the alignment of the various printed circuits, incompatible with the rise in frequencies.

L'invention a pour objet un dispositif d'alimentation pour réseau d'antennes plaques à double polarisation croisée qui permet d'éviter les inconvénients de ce type de solutions, facile à réaliser, et offrant d'excellentes performances. The invention relates to a feed device for cross-polarized plate antenna array which makes it possible to avoid the drawbacks of this type of solutions, easy to implement, and offering excellent performance.

Selon l'invention, un dispositif d'alimentation, pour réseau d'antennes plaques à double polarisation croisée formé de
N sources organisées selon une matrice de n colonnes et p lignes, est caractérisé en ce qu'il comporte deux distributeurs
D et D' réalisés sur une même plaque de circuit imprimé sans croisement, comportant chacun à partir d'un point d'alimentation, respectivement P ou P', un distributeur partiel en arbre, respectivement disposés au dessus de la première ligne de sources et au dessous de la dernière ligne de sources, chaque distributeur partiel en arbre ayant autant de branches qu'il y a de colonnes de sources, et comportant chacun n conducteurs colonnes respectivement associés aux n colonnes de sources, les conducteurs colonnes des deux distributeurs associés à une même colonne de sources étant situés de part et d'autre de la colonne de sources et reliés aux branches correspondantes des distributeurs partiels par leurs points milieux.According to the invention, a feed device for a cross-polarized plate antenna array formed of
N sources organized according to a matrix of n columns and p lines, is characterized in that it comprises two distributors
D and D 'made on the same printed circuit board without crossing, each comprising from a feed point, respectively P or P', a partial tree distributor, respectively arranged above the first line of sources and below the last line of sources, each partial tree distributor having as many branches as there are columns of sources, and each having n column conductors respectively associated with the n columns of sources, the column conductors of the two distributors associated with a same column of sources being located on either side of the column of sources and connected to the corresponding branches of the partial distributors by their midpoints.

L'invention a également pour objet le réseau d'antennes plaques à double polarisation croisée, équipé d'un dispositif d'alimentation, tel que décrit ci-dessus. The invention also relates to the cross-polarized plate antenna array, equipped with a feed device, as described above.

Un autre objet de l'invention est le réseau d'antennes plaques organisé en n colonnes et p lignes de sources, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un dispositif d'alimentation formé de deux distributeurs D et D' respectivement associés aux deux polarisations. Another object of the invention is the antenna array arranged in n columns and p lines of sources, characterized in that it is equipped with a supply device formed by two distributors D and D 'respectively associated with two polarizations.

L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description qui suit en référence aux figures annexées
- La figure 1 représente, en plan, le réseau d'antennes plaques à double polarisation croisée et son dispositif d'alimentation, selon l'invention.The invention will be better understood and other characteristics will become apparent with the aid of the description which follows with reference to the appended figures.
- Figure 1 shows, in plan, the cross-polarized plate antenna array and its feed device, according to the invention.

- La figure 2 est un schéma en coupe illustrant la constitution du réseau. - Figure 2 is a sectional diagram illustrating the constitution of the network.

Sur la figure 1 ont été représentées des sources rayonnantes disposées en matrice : N = 16 sources disposées en 4 lignes et 4 colonnes ont été illustrées, S1, S2, 16
D'une manière plus générale le réseau d'antennes plaques comporte N = n.p sources organisées en p lignes et n colonnes.FIG. 1 shows radiating sources arranged in a matrix: N = 16 sources arranged in 4 rows and 4 columns have been illustrated, S1, S2, 16
More generally, the plate antenna array comprises N = np sources organized in p rows and n columns.

Le dispositif d'alimentation de ces sources est formé de deux distributeurs, respectivement associés aux deux polarisations, D et D', respectivement en trait plein et en traits pointillés.The supply device of these sources is formed of two distributors, respectively associated with the two polarizations, D and D ', respectively solid line and dashed lines.

Chacun des deux distributeurs, ou circuits d'alimentation, relatif à une polarisation comprend d'une part un ensemble de "n" conducteurs colonnes parallèles respectivement C1 C et
n
C' ... C'n, et d'autre part un distributeur partiel, organisé en arbre à "n" entrées reliées aux points milieux des n conducteurs colonnes qui lui sont associés et une sortie.Each of the two distributors or supply circuits relating to a polarization comprises on the one hand a set of "n" parallel column conductors respectively C1 C and
not
C '... C'n, and on the other hand a partial distributor, organized into a tree with "n" inputs connected to the midpoints of n associated column conductors and an output.

Les deux distributeurs partiels en arbre des distributeurs
D et D' sont placés de part et d'autre du réseau rayonnant, et reliés aux points d'alimentation respectivement P et P' de chacune des deux sorties coaxiales ou triplaques correspondant à chaque polarisation.The two partial dispensers in distributor shaft
D and D 'are placed on either side of the radiating network, and connected to the supply points respectively P and P' of each of the two coaxial or triplate outputs corresponding to each polarization.

L'écartement des sources le long des colonnes C1 C
n et C' ... C' est égal à "d" et celui entre sources appartenant
n à deux colonnes adjacentes est "dc".
The spacing of the sources along the columns C1 C
n and C '... C' is equal to "d" and that between sources belonging
n to two adjacent columns is "dc".

On distingue à la partie inférieure et supérieure de la figure 1 les parties des distributeurs partiels "en arbre", à large bande, qui comportent dans l'exemple des diviseurs en "T" notés T1, T2, T3 pour D et T'1, T'2, T'3 pour D'. In the lower and upper part of FIG. 1 are distinguished the parts of the "broadband" partial "shaft" distributors, which comprise, in the example, "T" dividers denoted T1, T2, T3 for D and T'1 , T'2, T'3 for D '.

Chacune des 4 sorties de l'un des deux distributeurs partiels est reliée au milieu de la ligne d'alimentation colonne du sous-réseau résonnant correspondant, M1, M2, M3, M4 pour les colonnes C1 . . C4 de D et M'1, M'2, M'3, M'4 pour les colonnes
C' . . C'4 de D'. Cette alimentation par le point milieu des colonnes permet d'alimenter toutes les sources en phase d'une part, et permet d'autre part d'obtenir un réseau équilibré du fait de la symétrie dans l'alimentation des sources d'un même sous-réseau.Each of the 4 outputs of one of the two partial distributors is connected to the middle of the column supply line of the corresponding resonant sub-network, M1, M2, M3, M4 for the columns C1. . C4 of D and M'1, M'2, M'3, M'4 for the columns
C '. . C'4 from D '. This power supply by the middle point of the columns makes it possible to feed all the sources in phase on the one hand, and on the other hand to obtain a balanced network because of the symmetry in the supply of the sources of a same sub -network.

Les distributeurs sont réalisés en ligne triplaque et ont leurs pistes centrales ou conducteurs centraux matérialisés sur la figure 1 par les traits continus ou pointillés. Les sources rayonnantes S1 S. sîs à large bande et à double
1 i polarisation croisée sont décrites dans le brevet français nO 86 05990.The dispensers are made in triplate line and have their central tracks or central conductors materialized in Figure 1 by continuous or dashed lines. Radiant sources S1 S. sîs broadband and double
Cross-polarization are described in French Patent No. 86 05990.

Les sources d'une colonne de rang i de la matrice de sources, formant un sous-réseau sont reliées simultanément aux lignes d'alimentation colonnes de même rang C. et C'. des distributeurs D et D', ces deux lignes d'alimentation colonnes étant situées de part et d'autre de la colonne de sources, et les conducteurs d'extrémités dans ces sources, respectivement reliés à ces colonnes, étant orthogonaux. The sources of a column of rank i of the matrix of sources, forming a sub-network, are simultaneously connected to the supply lines columns of the same rank C and C '. distributors D and D ', these two column feed lines being located on either side of the column of sources, and the end conductors in these sources, respectively connected to these columns, being orthogonal.

Chacune des extrémités de l'un des distributeurs est croisée au niveau de la source avec l'une des extrémités de l'autre distributeur de telle sorte que leurs dépassements au delà du point de rencontre, correspondent à une longueur voisine du quart d'onde (lignes ouvertes). Each of the ends of one of the distributors is crossed at the source with one end of the other distributor so that their overtaking beyond the meeting point, correspond to a length close to the quarter wave. (open lines).

Le réseau complet se compose donc de "n" sous réseaux et comprend au total N = n. p sources rayonnantes. The complete network thus consists of "n" subnets and includes in total N = n. p radiating sources.

Chaque sous-réseau est du type réseau résonnant et la distance "d" entre sources adjacentes, normalisées à la longueur d'onde dans l'air Ao est telle que d - Ao s
avec 8 r = permittivité relative du substrat du circuit imprimé, et Ap , longueur d'onde de phase.Each subnet is of the resonant network type and the distance "d" between adjacent sources normalized at the wavelength in the air Ao is such that d - Ao s
with 8 r = relative permittivity of the printed circuit substrate, and Ap, phase wavelength.

En supposant que les sources rayonnantes, toutes identiques ont une largeur de bande suffisamment grande (par exemple supérieure à 108 pour un R.O.S inférieur à 1,5), la bande passante du réseau sera limitée par celle de chaque sous-réseau, en général plus étroite que la bande passante des sources. Assuming that the radiating sources, all identical, have a sufficiently large bandwidth (for example greater than 108 for a ROS less than 1.5), the bandwidth of the network will be limited by that of each sub-network, in general more narrow as the bandwidth of the sources.

Chacun des deux distributeurs partiels "en arbre", comprenant un certain nombre de diviseurs en cascade, est à large bande. Each of the two "tree" partial distributors, including a number of cascaded dividers, is broadband.

Donc, la bande passante du réseau est celle de chaque sous-réseau résonnant et par conséquent dépend uniquement du nombre p de sources dans le sous-réseau : la bande passante de ce sous-réseau est d'autant plus faible que le nombre "p" de sources d'un sous-réseau est grand. Therefore, the bandwidth of the network is that of each resonant subnetwork and therefore depends only on the number p of sources in the subnetwork: the bandwidth of this subnetwork is even lower than the number "p". "From sources in a subnet is large.

La bande passante est donnée par l'expression approchée
B (%) = + 18/p pour un rapport d'ondes stationnaires (R. O. S.) inférieur à 1,5.The bandwidth is given by the approximate expression
B (%) = + 18 / p for a standing wave ratio (ROS) less than 1.5.

Ainsi, pour p = 8, une bande passante de 4, 5 % est possible. Thus, for p = 8, a bandwidth of 4, 5% is possible.

Si "n" est choisi égal à 32, on obtient un réseau de
N = 256 sources pouvant fonctionner correctement dans la bande de la D.B.S. soit de 11,7 à 12,1 GHz (bande 3,36 %). Dans ce cas, les ouvertures à 3 dB du réseau, qui dépendent des lois de pondération des énergies sont approximativement de 20 et 90 et la directivité maximale de l'ordre de 32dB.If "n" is chosen equal to 32, we obtain a network of
N = 256 sources capable of operating correctly in the DBS band, ie 11.7 to 12.1 GHz (3.36% band). In this case, the 3 dB openings of the network, which depend on the energy weighting laws are approximately 20 and 90 and the maximum directivity of the order of 32 dB.

D'une manière générale, pour une antenne à gain élevé et pour une bande passante de quelques pourcents au moins, le réseau comporte un plus grand nombre de sous réseaux (n) que de sources (p) par sous-réseau : p < n. Les sources adjacentes de chaque sous-réseau sont obligatoirement distantes de ) o/ \ (soit par exemple d = 0,674Â o pour g r = 2,2), alors que les colonnes adjacentes, qui constituent les sous-réseaux pourront être davantage écartées, par exemple de 0,9 > o, pour imprimer entre les colonnes de sources les conducteurs colonnes C'. et Ci+1 et les branches correspondantes des distributeurs partiels en arbre, en évitant, bien entendu, l'apparition d'un "lobe de réseau
Dans le plan principal de réseau qui correspond au diagramme le plus directif, le niveau des lobes secondaires pourra être maîtrisé en optimisant soigneusement les diviseurs T et T' de chacun des deux distributeurs partiels.In general, for a high gain antenna and for a bandwidth of at least a few percent, the network comprises a greater number of subnetworks (n) than sources (p) per subnetwork: p <n . The adjacent sources of each sub-network are necessarily distant from) o / \ (ie for example d = 0.674 o for gr = 2.2), while the adjacent columns, which constitute the sub-networks, may be further apart, for example 0.9> o, to print between the columns of sources the column conductors C '. and Ci + 1 and the corresponding branches of the partial distributors in a tree, avoiding, of course, the appearance of a "network lobe
In the main network plane which corresponds to the most directional diagram, the level of the sidelobes can be controlled by carefully optimizing the dividers T and T 'of each of the two partial distributors.

La figure 2 illustre en coupe le réseau d'antennes plaques selon l'invention. Il est principalement formé de deux plaques pour circuits imprimés, P1 et P2 superposés. Sur la surface de la première plaque sont formés le plan de masse supérieur M1 et les conducteurs associés aux sources rayonnantes S1 SN. Figure 2 illustrates in section the array of antenna plates according to the invention. It is mainly formed of two printed circuit boards, P1 and P2 superimposed. On the surface of the first plate are formed the upper ground plane M1 and the conductors associated with radiating sources S1 SN.

Les conducteurs centraux des distributeurs D et D' sont formés sur l'autre face de la plaque P1 puisqu'ils n'ont aucun point de croisement sauf au niveau des sources. Puis la seconde plaque
P2 est rapportée sur la face portant les distributeurs et un plan de masse M2 inférieur est formé sur la surface libre de la seconde plaque P2.The central conductors of the distributors D and D 'are formed on the other side of the plate P1 since they have no crossing point except at the sources. Then the second plate
P2 is attached to the face carrying the distributors and a lower ground plane M2 is formed on the free surface of the second plate P2.

La coexistence sur un même circuit imprimé des sources rayonnantes sur l'une des deux faces, et des "pistes" des deux distributeurs sur l'autre face, permet un très bon positionnement entre eux (de l'ordre de i 2/100 de mm). The coexistence on the same printed circuit of the radiating sources on one of the two faces, and "tracks" of the two distributors on the other side, allows a very good positioning between them (of the order of i 2/100 of mm).

D'autre part, pour une polarisation donnée, le couplage de chaque distributeur avec les diverses sources auxquelles il est associé ne nécessite pas de jonction directe avec soudure, puisque réalisé par ligne ouverte quart-onde ; la mise en oeuvre technologique du réseau se trouve grandement facilitée. On the other hand, for a given polarization, the coupling of each distributor with the various sources with which it is associated does not require a direct junction with solder, since it is performed by quarter-wave open line; the technological implementation of the network is greatly facilitated.

Claims

1. Power supply device, for cross-polarized double-polarized plate antenna array formed of N sources organized according to a matrix of n columns and p lines, characterized in that it comprises two distributors D and D 'made on the same plate circuit board without crossover, each comprising from a feed point, respectively P or P ', a partial tree distributor respectively disposed above the first line of sources and below the last line of sources, each partial tree distributor having as many branches as there are columns of sources, and each having n column conductors respectively associated with the n columns of sources, the column conductors of the two distributors (Ci, C'i) associated with the same column of sources being located on either side of the column of sources and connected to the corresponding branches of the partial distributors by their midpoints (Mi, Mut).

2. Device according to claim 1, characterized in that the spacing of the sources along the columns is d =) o /, where Ao is the wavelength of the radiation in the air and r the relative permittivity of the printed circuit .

3. Device according to claim 2, characterized in that the columns of sources are spaced dc, dc may be greater than d to print, between the columns of sources, the column conductors and the corresponding branches of the partial distributors shaft.

4. Antenna array plates organized in n columns and p source lines, characterized in that it is equipped with a supply device formed of two distributors D and D 'respectively associated with the two polarizations, according to any one of of the preceding claims.

5. Network according to claim 4, characterized in that it is formed in a triplate line from two superimposed printed circuit boards (P1 and P2), the two distributors being printed on the same face of the plate on its other face the radiating elements of the sources and a higher ground plane, the other plate carrying a lower ground plane.