FR2906410A1 - Antenne a materiau bip(bande interdite photonique), systeme et procede utilisant cette antenne - Google Patents

Abstract

Antenne à matériau BIP (Bande Interdite Photonique) à défaut dans laquelle une surface (26) d'injection et/ou de réception d'ondes électromagnétiques dans une cavité résonnante (8) de l'antenne, a au moins une largeur ou une longueur ou un diamètre supérieur à lambda, où lambda, est la longueur d'onde de la fréquence de travail.

Description

1 La présente invention concerne une antenne à matériau BIP (Bande

Interdite Photonique), un système et un procédé utilisant cette antenne. Il existe des antennes à matériau BIP à défaut 5 comportant . - un premier matériau BI.P présentant une périodicité à au moins une dimension et une face extérieure rayonnante en émission et/ou en réception, - au moins un premier défaut de périodicité du 10 matériau BIP formant une première cavité résonnante propre à créer au moins une bande passante étroite au sein d'une bande non passante du matériau BIP, cette cavité présentant une paroi supérieure formée par une face inférieure du matériau BIP opposée à la face extérieure rayonnante, et 15 une paroi inférieure en vis-à-vis de la paroi supérieure, et - au moins un dispositif d'excitation propre à faire résonner la cavité résonnante, ce dispositif présentant une surface d'injection et/ou de réception d'ondes 20 électromagnétiques à une fréquence de travail comprise dans la bande passante étroite, cette surface étant affleurante à la paroi inférieure de la cavité. Ces antennes existantes ont, par exemple, été décrites dans la demande de brevet déposée sous le numéro 25 FR 99 14 521 par le C.N.R.S. (Centre National de la Recherche Scientifique). Dans les antennes existantes, le dispositif d'excitation est typiquement une antenne plaque (ou Patch Antenna en anglais), un dipôle, une antenne sonde ou 30 encore une antenne fil-plaque. Ces antennes à matériau BIP à défaut présentent un gain et une directivité élevées. Toutefois, pour certaines applications, il est nécessaire d'accroître encore plus la directivité de ces antennes. 2906410 2 L'invention vise à satisfaire ce souhait en proposant une antenne qui, à matériau BIP à défaut identique, présente une directivité accrue par rapport aux antennes connues.

L'invention a donc pour objet une antenne à matériau BIP dans laquelle la surface d'injection et/ou de réception a au moins une largeur ou une longueur ou un diamètre supérieur à 1, où 1 est la longueur d'onde de la fréquence de travail.

Il a été découvert que le fait d'utiliser un dispositif d'excitation dont la surface d'injection et/ou de réception présente une dimension (c'est-à-dire ici une largeur ou une longueur ou encore un diamètre) supérieure à la longueur d'onde 1 accroît la directivité des antennes à matériau BIP. Plus précisément, par affleurante, on désigne ici une surface qui est sensiblement dans le plan défini par le plan réflecteur 6. Ainsi, la surface d'injection et/ou de réception d'ondes électromagnétiques peut être espacée d'une très faible distance h en dessus ou en dessous du plan réflecteur 6. Typiquement, la distance h mesurée selon une direction z perpendiculaire au plan réflecteur est considérée comme très faible lorsqu'elle est comprise entre -1/10 et +1/20, -1/10 correspond à la distance maximale en dessous du plan réflecteur et +1/20 correspond à la distance maximale au-dessus du plan réflecteur (c'est-à-dire côté cavité). Les modes de réalisation de cette antenne peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la répartition de la puissance des ondes électromagnétiques sur la surface d'injection et/ou de réception présente un point où la puissance est maximale, ce point étant éloigné de la périphérie de cette surface, et la puissance décroît continûment le long d'une droite 2906410 3 allant de ce point jusqu'à la périphérie et ceci quelle que soit la direction de la droite considérée dans le plan de cette surface ; - le dispositif d'excitation comprend au moins un 5 guide évasé d'ondes électromagnétiques équipé d'une extrémité distale débouchant à l'intérieur de la cavité résonnante et d'une extrémité proximale propre à être raccordée à un générateur et/ou à un récepteur d'ondes électromagnétiques, la surface de la section transversale 10 de l'extrémité distale étant strictement supérieure à la surface de la section transversale de l'extrémité proximale, et dans lequel l'extrémité distale du guide d'ondes est affleurante à la paroi inférieure pour former ladite surface d'injection et/ou de réception ; 15 - le guide évasé comporte un guide d'alimentation dont la section transversale est constante et égale à la section de l'extrémité proximale, et une portion évasée dont la section transversale s'accroît d'une petite section identique à la section transversale de l'extrémité 20 proximale jusqu'à une grande section identique à la section transversale de l'extrémité distale, la petite section de cette portion évasée étant mise bout à bout avec le guide d'alimentation, et dans laquelle les dimensions de la section transversale du guide d'alimentation sont adaptées 25 pour permettre uniquement un seul mode de propagation des ondes électromagnétiques à l'intérieur du guide d'alimentation ; - les dimensions de la section transversale du guide d'alimentation sont adaptées pour permettre uniquement le 30 mode de propagation TE10 ou TE11 ; - la distance la plus courte séparant la petite section de la grande section de la portion évasée est supérieure à dmin, où dmin = 0.25 *a ; et a est égal à la plus 2906410 4 grande largeur ou longueur ou plus grand diamètre de la grande section ; - le dispositif d'excitation est lui-même une structure à matériau BIP à défaut comportant un second 5 matériau BIP (114) présentant une périodicité à au moins une dimension et une face extérieure affleurante à la paroi inférieure de la cavité résonnante pour former ladite surface d'injection et/ou de réception du dispositif d'excitation ; 10 - le dispositif d'excitation est un guide d'ondes comportant plusieurs parois latérales guidant les ondes électromagnétiques dans une direction parallèle à la paroi inférieure de la cavité, l'une de ces parois étant perméable aux ondes électromagnétiques guidées et 15 affleurante à la paroi inférieure de la cavité pour former ladite surface d'injection et/ou de réception ; - le dispositif d'excitation comprend un plan de masse et un ruban en matériau conducteur fixé sur la surface du plan de masse et électriquement isolé de ce plan 20 de masse, ce ruban étant monté affleurant sur la paroi inférieure de la cavité pour former ladite surface d'injection et/ou de réception lorsqu'il est raccordé à un générateur et/ou récepteur d'ondes électromagnétiques ; - la surface d'injection et/ou de réception est 25 strictement inférieure à la surface de la face extérieure rayonnante, et de préférence inférieure à deux fois la surface de la face extérieure rayonnante ; - la paroi inférieure de la cavité et la surface d'injection et/ou de réception sont dans le même plan ; 30 - l'antenne comporte plusieurs dispositifs d'excitation présentant chacun une surface d'injection et/ou de réception des ondes électromagnétiques affleurantes à la paroi inférieure de la cavité.

2906410 5 Les modes de réalisation de l'antenne présentent en outre les avantages suivants : - la répartition de la puissance des ondes électroniques ayant un maximum et décroissant vers la 5 périphérie de la surface d'injection et/ou de réception permet, à matériau BIP identique, d'accroître la directivité tout en conservant la même bande passante en rayonnement que celle des antennes connues, - l'utilisation d'un guide d'ondes évasé en tant que 10 dispositif d'excitation permet en plus d'accroître le gain de l'antenne, - l'utilisation d'un guide d'alimentation permet de sélectionner le mode de propagation des ondes électromagnétiques le plus approprié pour le fonctionnement 15 de l'antenne, - l'utilisation des modes de propagation TE10 ou TE11 optimise le fonctionnement de l'antenne, - une distance supérieure à drain permet d'avoir une bonne uniformité de la phase des ondes électromagnétiques 20 au niveau de la surface d'injection et/ou de réception, ce qui améliore les performances de l'antenne, - l'utilisation d'une structure à matériau BIP en tant que dispositif d'excitation permet, à performances égales, de réduire l'encombrement de l'antenne par rapport 25 à l'utilisation d'un guide d'oncles évasé, - l'utilisation d'un guide d'ondes dont l'une des parois latérales est perméable aux ondes électromagnétiques guidées permet de réduire l'encombrement de l'antenne par rapport à une antenne dans laquelle le dispositif 30 d'excitation est un guide d'ondes évasé, -l'utilisation d'un ruban en matériau conducteur pour former la surface d'injection et/ou de réception permet de réduire les dimensions de l'antenne à matériau 2906410 6 BIP par rapport au cas où le dispositif d'excitation est un guide évasé d'ondes. L'invention a également pour objet un système de transmission et/ou de réception d'ondes électromagnétiques 5 comportant : - un dispositif de focalisation des ondes électromagnétiques transmises et/ou reçues par le système, ce dispositif présentant un foyer, et - une antenne multifaisceaux comportant une face 10 extérieure rayonnante en émission ou en réception placée sensiblement au niveau du foyer du dispositif de focalisation, et dans lequel l'antenne multifaisceaux est une antenne à matériau BIP (Bande Interdite Photonique) comportant : 15 un premier matériau BIP présentant une périodicité à au moins une dimension et une face extérieure rayonnante en émission et/ou en réception, . au moins un premier défaut de périodicité du matériau BIP formant une première cavité résonnante propre 20 à créer au moins une bande passante étroite au sein d'une bande non passante du matériau BIP, cette cavité présentant une paroi supérieure formée par une face inférieure du matériau BIP opposée à la face extérieure rayonnante, et une paroi inférieure en vis-à-vis de la paroi supérieure, 25 . plusieurs dispositifs d'excitation propres à faire résonner la cavité résonnante, ces dispositifs présentant une surface d'injection et/ou de réception d'ondes électromagnétiques à une fréquence de travail comprise dans la bande passante étroite, cette surface 30 étant affleurante à la paroi inférieure de la cavité. Chaque surface d'injection et/ou de réception a au moins une largeur ou une longueur ou un diamètre supérieur à X., où 1 est la longueur d'onde de la fréquence de travail du dispositif d'excitation correspondant.

2906410 7 L'invention a également pour objet un procédé d'émission et/ou de réception d'ondes électromagnétiques à l'aide de l'antenne à matériau BIP ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la 5 description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective et en coupe d'une illustration schématique de l'architecture d'une 10 antenne à matériau BIP à défaut ; - la figure 2 est une vue en perspective d'une antenne à matériau BIP à défaut connue, - les figures 3 à 5 sont des illustrations des diagrammes de rayonnement obtenus à l'aide des antennes des 15 figures 1 et 2, - la figure 6 est un graphe représentant la directivité zénithale des antennes des figures 1 et 2 en fonction de leurs fréquences de travail respectives, - la figure 7 est une vue en perspective et en coupe 20 d'un second mode de réalisation d'une antenne multisources à matériau BIP à défaut, - la figure 8 est une illustration schématique d'un système d'émission/réception d'ondes électromagnétiques muni d'un dispositif de focalisation, 25 - les figures 9 à 12 sont des illustrations schématiques de différentes structures de guides d'ondes évasés susceptibles d'être utilisés dans l'antenne de la figure 1 ou 7, - les figures 13A et :13B sont respectivement des 30 vues de face et de côté d'un guide d'ondes ridgé (ou Ridge Horns Antenna en anglais), - la figure 14 est une illustration schématique d'un guide d'ondes corrugué utilisable dans l'antenne de la figure 1 ou 7, et 2906410 8 - les figures 15 à 17 sont des illustrations schématiques de trois autres modes de réalisation d'antennes à matériau BIP. La figure 1 représente une antenne 2 à matériau BIP 5 conçue pour fonctionner à une fréquence de travail de 31,2 GHz. Cette antenne 2 comporte : - un matériau BIP 4, - un plan 6 réflecteur d'ondes électromagnétiques, - une cavité résonnante 8 ménagée entre le matériau 10 BIP 4 et le plan 6, - un dispositif 10 d'excitation de la cavité résonnante 8. Par exemple, le matériau BIP 4, la cavité 8 et le plan 6 sont réalisés conformément à l'enseignement de la 15 demande de brevet publiée sous le numéro WO 1137373 par le C.N.R.S. (Centre National de la Recherche Scientifique) le 18 novembre 1999. A titre d'illustration, le matériau 4 est ici réalisé par l'empilement dans une direction verticale z de couches 20 planes présentant une permittivité différente. Chacune de ces couches s'étend dans un plan horizontal défini par des directions orthogonales x et y a la direction z. Plus précisément, l'antenne 2 comporte deux couches planes 14 et 16 réalisées dans un matériau dont la 25 permittivité relative Cr est égale à 5,4, et d'une couche d'air 18 interposée entre ces deux couches 14 et 16. La couche d'air a, par exemple, une épaisseur de 2,3 millimètres dans la direction z. Ici, chacune de ces couches est rectangulaire et 30 présente une longueur 1 égale à 161 millimètres et une largeur L égale à 100 millimètres. La couche 14 est disposée au sommet de l'empilement et présente donc une face extérieure rayonnante 20 parallèle aux directions x et y.

2906410 9 La cavité 8 présente une paroi supérieure formée par la face inférieure de la couche 16 et une paroi inférieure formée par la face supérieure du plan réflecteur 6. Cette cavité est remplie d'air et présente une hauteur dans la 5 direction z égale à 4,75 millimètres. Le plan 6 s'étend parallèlement aux directions x et y. Par exemple, les dimensions du plan 6 selon les directions x et y sont les mêmes que celles des couches 14 et 16. Le plan 6 est imperméable aux ondes 10 électromagnétiques. Par exemple, le plan 6 est réalisé en matériau conducteur tel qu'un métal. Une ouverture 26 est ménagée sensiblement au milieu du plan 6. Cette ouverture 26 présente ici une section carrée de 14,4 millimètres par 14,4 millimètres.

15 Le dispositif 10 comprend un générateur/récepteur 30 d'ondes électromagnétiques et un guide d'ondes évasé 32 propre à guider les ondes générées par le générateur 30 vers la cavité 8 ainsi qu'à guider les ondes reçues par l'intermédiaire de la surface 20 jusqu'au 20 générateur/récepteur 30. Sur la figure 1, la direction de propagation des ondes électromagnétiques émises est représentée par une flèche ondulée montante F parallèle à la direction z. A l'inverse, la direction de propagation des ondes électromagnétiques reçues est représentée par une 25 flèche ondulée descendante R parallèle à la direction z. Le guide d'ondes 32 est ici un cornet pyramidal formé d'un guide d'alimentation 34 mis bout à bout avec une portion évasée 36. Le guide d'alimentation 34 a une section transversale 30 rectangulaire constante. Ici, par section transversale on désigne une section dans un plan perpendiculaire à la direction de propagation des ondes électromagnétiques. Les dimensions de cette section transversale sont choisies pour permettre uniquement la propagation des ondes 2906410 10 électromagnétiques selon le mode TE10. Par exemple, ici pour la fréquence de travail de 31,2 GHz, la section transversale du guide d'alimentation 34 présente une largeur et une longueur respectivement égale à 4,3 mm et 5 8,6 mm. Une extrémité proximale du guide 34 est directement raccordée au générateur/récepteur 30, tandis qu'une extrémité opposée est directement raboutée à la portion évasée 36.

10 La section 36 présente une extrémité raboutée à l'extrémité du guide 34. Cette extrémité raboutée présente une section rectangulaire de 8,6 par 4,3 mm. Le guide d'ondes présente également une extrémité distale débouchant à l'intérieur de la cavité 8. Plus précisément, l'extrémité 15 distale de la portion évasée 36 débouche dans l'ouverture 26. L'extrémité distale et l'ouverture 26 ont les mêmes dimensions. Ainsi, l'extrémité distale est réalisée ici dans le même plan que celui défini par le plan réflecteur 6.

20 La largeur et la longueur de la section transversale de la portion évasée 36 augmente progressivement entre l'extrémité raboutée et l'extrémité distale de cette portion évasée 36. Typiquement, la distance d selon la direction z entre 25 les extrémités raboutée et distale de la portion évasée 36 est supérieure à 0,25a et, de préférence supérieure à a2/2, où a est la plus grande largeur de l'extrémité distale exprimée en m. Ici, la distance d est comprise entre 0,5 x 1, et 6 x Lc où lc et L, sont respectivement la largeur et la 30 longueur de la section transversale de l'extrémité distale de la portion évasée 36. Ici, 1,, et Lc sont égaux puisque la section transversale est carrée. Par exemple, ici, cette distance d est choisie égale à 19,4 millimètres.

2906410 11 L'extrémité distale de la section évasée 36 forme une surface d'injection et de réception d'ondes électromagnétiques à l'intérieur de la cavité 8. Cette surface est ici perpendiculaire aux directions de 5 propagation F et R. La surface présente ici les mêmes dimensions que celles de l'ouverture 26. En particulier, la fréquence de travail de l'antenne 2 étant de 31,2 GHz, on remarquera que la largeur et la longueur de cette surface sont égales à 1,5 1, où 1 est la longueur d'onde de la 10 fréquence de travail. Dans ces conditions, la directivité de l'antenne 2 est meilleure que celle des antennes à matériau BIP à défaut existantes tout en conservant la même bande passante en rayonnement, comme cela va être montré à l'aide des figures 3 à 6.

15 La figure 2 représente une antenne 40 à matériau BIP existante réalisée conformément à l'enseignement de la demande de brevet déposée sous le numéro FR 99 14 521. Plus précisément, l'antenne 40 diffère uniquement de l'antenne 2 par le fait que celle-ci est excitée par une sonde plaque 20 42 au lieu d'être excitée par le dispositif 10. La sonde plaque 42 présente une largeur et une longueur respectivement égale à 2,9 millimètres et 4,3 millimètres propre à injecter dans la cavité 8 des ondes électromagnétiques à la fréquence de travail de 31,2 GHz.

25 Les dimensions de la sonde plaque 42 sont déterminées par sa fréquence de travail et sont donc nécessairement inférieures à la longueur d'onde 1. Plus précisément, la longueur de la sonde plaque 42 est égale à 1/2. Les figures 3 à 5 représentent les diagrammes de 30 rayonnement des antennes 2 et 40, respectivement, dans le plan E, dans le plan à 45 , et dans le plan H. Dans ces graphes, l'axe des abscisses représente l'angle de la direction de mesure par rapport à la direction zénithale de l'antenne. L'axe des ordonnées 2906410 12 représente la directivité exprimée en décibels. Sur les graphes des figures 3 à 5, la ligne en pointillés représente le diagramme de rayonnement de l'antenne 40, tandis que la ligne en traits continus représente le 5 diagramme de rayonnement de l'antenne 2. Comme il peut être constaté, la directivité maximale de l'antenne 2 a lieu selon la direction zénithale. Cette directivité maximale de l'antenne 2 est supérieure de 1,7 décibels à celle de l'antenne 40. Le maximum de directivité 10 de l'antenne est ici sensiblement égale à 22,9 décibels. De plus, les lobes secondaires de l'antenne 2 sont nettement inférieurs à ceux de l'antenne 40, et ceci quel que soit le plan pris en compte pour mesurer le diagramme de rayonnement. Ceci est un avantage supplémentaire de 15 l'antenne 2 par rapport à l'antenne 40. Le graphe de la figure 6 représente la directivité maximum (au zénith) des antennes 2 et 40 selon la direction zénithale pour différentes fréquences de travail f. L'axe des ordonnés représente la puissance en décibels, tandis 20 que l'axe des abscisses représente la fréquence de travail. Sur la figure 6, la ligne en pointillés et la ligne en traits continus représentent, respectivement, les mesures obtenues pour l'antenne 40 et l'antenne 2. Le graphe de la figure 6 montre que, à bande passante 25 à -3 dB identique, l'antenne 2 présente une directivité maximum quasiment deux fois supérieure à la directivité de l'antenne 40. Ainsi, l'utilisation d'un dispositif d'excitation présentant une surface d'injection et/ou de réception dont au moins la largeur, la longueur ou un 30 diamètre est supérieure à la longueur d'onde permet, à directivité maximum identique, d'accroître la bande passante de l'antenne. En effet, un tel dispositif d'excitation permet d'obtenir la même directivité qu'une 2906410 13 antenne classique à matériau BIP mais en utilisant un matériau BIP moins sélectif. La figure 7 représente un autre mode de réalisation d'une antenne 50 à matériau BIP à défaut. Par exemple, 5 l'antenne 50 est identique à l'antenne 2 à l'exception du fait qu'elle comporte plusieurs dispositifs d'excitation de la cavité 8. Pour simplifier la figure 7, seuls deux dispositifs d'excitation 52 et 54 ont été représentés. Par exemple, le dispositif 52 est identique au 10 dispositif 10 de l'antenne 2. Le dispositif 54 est également identique au dispositif 10 à l'exception du fait que le générateur/récepteur 30 est adapté pour recevoir et émettre à une fréquence de travail légèrement différente de celle 15 utilisée par le dispositif 52. Ainsi, l'antenne 50 est une antenne multifaisceaux. De préférence, les dispositifs 52 et 54 sont disposés l'un par rapport à l'autre conformément à l'enseignement de la demande de brevet publiée sous le numéro WO 2004/040696 20 pour former des taches rayonnantes, respectivement 56 et 58, sur la face 20 qui se chevauchent partiellement. La figure 8 représente un système 60 d'émission et de réception d'ondes électromagnétiques. Ce système 60 comprend un dispositif 62 de focalisation des ondes 25 électromagnétiques vers un foyer 64. Par exemple, le dispositif 62 est un réflecteur d'ondes électromagnétiques parabolique ou concave. Le dispositif 62 peut également être une lentille apte à focaliser les ondes électromagnétiques reçues sur le foyer 64.

30 Le système 60 comprend également une antenne multifaisceaux 66 dont la face rayonnante est placée au niveau du foyer 64. Ici, l'antenne 66 est, par exemple, identique à l'antenne 50.

2906410 14 Les figures 9 à 14 représentent différents types de guides d'ondes susceptibles d'être utilisés à la place du guide d'ondes 32 décrit en regard de la figure 1. Plus précisément, la figure 9 représente un guide 5 d'ondes 70 plus connu sous le terme de cornet pyramidal. Sur la figure 9, les directions de propagation et de réception sont représentées respectivement par des flèches ondulées F et R. Comme pour le guide d'ondes 32, le guide d'ondes 70 10 comporte un guide d'alimentation 72 mis bout à bout avec une portion évasée 74. La section transversale du guide d'alimentation 72 est rectangulaire et constante. La longueur et la largeur de cette section sont notées al et bl sur la figure 9.

15 La section transversale de la portion évasée 74 augmente progressivement d'une section transversale égale à celle du guide d'alimentation 72 jusqu'à une section transversale distale plus large. La longueur et la largeur de cette section transversale distale sont notées sur la 20 figure 9 a et b. Pour sa mise en oeuvre dans l'antenne 2, au moins l'un de la largeur a ou de la longueur b doit être supérieur à la longueur d'onde de travail. Plus d'informations sur les cornets pyramidals pourront être trouvées dans la référence biographique 25 suivante .

Some data for the design of electromagnetic horns , E.H. BRAUN, IRE Trans. Antennas and Propag., Vol AP 4, N 1, pp 29-31, Jan 1956. La figure 10 représente un autre type de guide 30 d'ondes connu sous le terme de cornet conique. Ce cornet conique présente un guide d'alimentation 78 raccordé à une portion évasée 80. Les sections transversales aussi bien du guide d'alimentation 78 que de la portion évasée 80 sont circulaires. Les dimensions de la 2906410 15 section transversale du guide 70 sont déterminées pour permettre uniquement le mode TE11 de propagation des ondes électromagnétiques. Pour sa mise en oeuvre dans l'antenne 2, la plus 5 grande largeur de la section transversale distale de la portion 80, c'est-à-dire ici le diamètre d, doit être supérieur à la longueur d'onde ;. de travail. L'intérieur de la portion évasée 80 peut être lisse ou comporter des lamelles 82 telles que représentées sur la 10 figure 11. Les lamelles 82 forcent le champ électromagnétique à s'annuler perpendiculairement à la paroi. Plus d'informations sur les cornets coniques pourront être trouvées dans l'article suivant : 15 Electromagnetic field of a conical horns M.G. SCHORR and F.J. BECK, IRE Trans. Antenna and Propag., Vol AP 4, N 1, pp 29-31, Jan 1956. La figure 12 représente un autre mode de réalisation d'un guide d'ondes 86 connu sous le terme de cornet à 20 piège . Le guide d'ondes 86 comporte un guide d'alimentation 88 et une portion évasée 90. Le guide 88 est un guide circulaire. La portion 90 est constituée d'anneaux concentriques 25 de profondeur voisine de -, où a, est la longueur d'onde de travail. Le diamètre d du plus grand de ces anneaux concentriques doit être supérieur à la longueur d'onde X pour être mis en oeuvre dans l'antenne 2. Les figures 13A et 13B représentent un guide d'ondes 30 94 connu sous le terme de cornet ridgé ou Ridge Horns en anglais. Ce guide 94 comporte, à l'intérieur de sa portion évasée, deux lames 96, 98 qui s'étendent de l'extrémité 2906410 16 raboutée à l'extrémité distale en suivant une courbure conçue pour uniformiser le déphasage des ondes électromagnétiques, ce qui permet d'obtenir une largeur de bande plus importante.

5 La section transversale de l'extrémité distale de la portion évasée est, par exemple, carrée. La largeur de ce carré doit être supérieure à la longueur d'onde pour être utilisé dans l'antenne 2. Plus d'informations sur ce type de guide d'ondes 10 pourront être trouvées dans l'article suivant : Analysis and simulation of 1 to 18 GHz broadband double ridge horns antenna , Burns C. and Leuchtmann P., IEEE Trans. On Electromagnetic compatibility., Vol 45 4, N 1, pp 55-60, Feb 2003.

15 La figure 14 représente un guide d'ondes 100 corrugué également plus connu sous le terme de cornet corrugué ou corrugated horns en anglais. Ce type de cornet corrugué comprend de nombreuses nervures 102 qui s'étendent le long de la périphérie 20 intérieure d'une portion évasée 104 du cornet. Un tel cornet corrugué présente une symétrie de révolution ainsi qu'une bande passante pouvant être supérieure à l'octave. Comme pour le guide d'ondes 70, au moins l'un de la 25 longueur a2 et de la largeur b2 de la section transversale rectangulaire de l'extrémité distale de la portion évasée doit être supérieure à la longueur d'onde 1 de travail pour être mis en oeuvre dans l'antenne 2. Les nervures 102 du cornet corrugué permettent de générer un mode de 30 propagation HE11 des ondes électromagnétiques. Plus d'informations sur ce type de guide d'ondes pourront être trouvées dans les articles suivants : Properties of cuttoff corrugated surfaces for corrugated horns design , C.A. Mentzer and L. Peters, IEEE 2906410 17 Trans. Antennas propag., Vol AP 22, N 2, pp 191-196, March 1974 ; Pattern analysis of corrugated horns antennas , C.A. Mentzer and L. Peters, IEEE Trans. Antennas propag., 5 Vol AP 24, N 3, pp 304-309, March 1976. La figure 15 représente une antenne 110 à matériau BIP à défaut identique à l'antenne 2 à l'exception que le dispositif 10 d'excitation aété remplacé par un dispositif 112 d'excitation de la cavité 8.

10 Ce dispositif 112 est ici lui-même une structure à matériau BIP à défaut. Il comporte : un matériau BIP 114, - un plan réflecteur 116, - une cavité résonnante 118 dont une paroi 15 supérieure est formée par une face inférieure du matériau 114 et dont une paroi inférieure est formée par une face supérieure du plan 116, et - un dispositif 120 d'excitation de l'antenne. Le dispositif 112 est conçu selon l'enseignement de 20 la demande de brevet déposée sous le numéro FR 99 14 521. Le dispositif d'excitation 120 placé à l'intérieur de la cavité 118 est ici une sonde plaque, un dipôle, une antenne fente ou une antenne fil plaque ou un guide d'ondes évasé. Le dispositif 112 présente une face supérieure 122.

25 Cette face supérieure 122 affleure à l'intérieur de l'ouverture 26 ménagée dans le plan réflecteur 6 de manière à injecter et recevoir des ondes électromagnétiques dans la cavité 8. Sur la figure 15, des flèches ondulées F et R 30 représentent les directions de propagation des ondes électromagnétiques, respectivement, lors de l'émission et de la réception. La face 122 est, par exemple, rectangulaire et présente une longueur a3 et une largeur b3. De préférence, 2906410 18 la longueur a3 et la largeur b3 sont supérieures à la longueur d'onde a, de travail de l'antenne 110 pour accroître la directivité et le gain de cette antenne tout en conservant la même bande passante en rayonnement.

5 Ici, la face 122 est située dans le même plan que celui du plan réflecteur 6. La figure 16 représente une antenne 130 à matériau BIP à défaut. Cette antenne 130 est identique à l'antenne 2 à l'exception du fait que le dispositif d'excitation est 10 remplacé par un dispositif d'excitation 132. Le dispositif 132 est un guide d'ondes équipé à cet effet de parois latérales inférieures 134 et supérieures 136. Les parois latérales 134 et 136 sont parallèles à la direction de propagation des ondes guidées et également 15 parallèles au plan réflecteur 6. Une flèche G représente la direction de propagation des ondes électromagnétiques à l'intérieur du dispositif 132. Comme sur les figures précédentes, des flèches ondulées F et R représentent les directions de propagation 20 des ondes électromagnétiques émises et reçues par l'antenne 30. Le dispositif 132 comporte une ouverture 138 par l'intermédiaire de laquelle sont reçues les ondes électromagnétiques guidées et une extrémité 140 25 perpendiculaire aux parois 134 et 136. L'extrémité 140 est, de préférence, obturée par une plaque imperméable aux ondes électromagnétiques. La paroi latérale 136 est réalisée dans un matériau perméable aux ondes électromagnétiques de manière à laisser 30 fuir les ondes électromagnétiques guidées par le dispositif 132 vers la cavité 8. Ici, la paroi 136 affleure à l'intérieur de la cavité 8 dans le même plan que celui formé par le plan réflecteur 6.

2906410 19 A l'exception de la paroi 136, les autres parois destinées à guider les ondes électromagnétiques sont imperméables à ces ondes électromagnétiques de manière à empêcher des fuites d'ondes électromagnétiques.

5 La figure 17 représente une antenne 150 à matériau BIP à défaut. Cette antenne 150 est identique à l'antenne 2 à l'exception du fait que le dispositif d'excitation est remplacé par un dispositif d'excitation 152. Le dispositif 152 comprend : 10 - le plan réflecteur 6, - un ruban 154 en matériau conducteur s'étendant parallèlement au plan réflecteur 6, - et un générateur/récepteur 156 d'ondes électromagnétiques.

15 Le ruban 154 est électriquement isolé du plan réflecteur 6 et raccordé au générateur/récepteur 156. Ce ruban présente une largeur a4 constante et une longueur b4. La longueur b4 est supérieur à la longueur d'onde )^.. Le ruban 154 forme la surface d'injection et de réception 20 d'ondes électromagnétiques. Dans l'antenne 150, le plan réflecteur 6 est réalisé dans un matériau conducteur. Le plan 6 est également raccordé à un potentiel de référence telle qu'une masse. La distance h entre le plan 6 et le ruban 152 mesurée 25 selon la direction z, est ici inférieure à X/40 de sorte que la surface d'injection et/ou de réception est considérée comme étant affleurante au plan 6. De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. Par exemple, ici l'antenne 2 a été décrite dans 30 le cas particulier où la fréquence de travail est égale à 31,2 GHz. Toutefois, des antennes à matériau BIP selon l'enseignement donné ici peuvent être conçues pour des fréquences de travail comprises entre 0,5 GHz et 50 GHz.

2906410 20 Le guide d'alimentation des différents dispositifs d'excitation à guides d'ondes évasés décrits ici peut être supprimé si la source 30 est apte à générer directement et uniquement le bon mode de propagation des ondes 5 électromagnétiques. En variante, si la section transversale du guide d'alimentation a une largeur ou une longueur ou un diamètre supérieur à la longueur d'ondes X de travail, alors la portion évasée peut être supprimée. De nombreux autres types de guides d'ondes peuvent 10 être utilisés en tant que dispositif d'alimentation. Par exemple, un cornet de Potter peut être utilisé. Pour plus d'informations sur ce type de cornet, il est possible de se référer à l'article suivant : A new horn antenna with suppressed side lobes and 15 equal beamwidths , P.D. Potter, Microwave J., Vol 6, pp 71-78, June 1963. Toutefois, dans tous les cas, la surface d'injection et/ou de réception d'ondes électromagnétiques affleurante au niveau du plan réflecteur doit présenter une dimension, 20 c'est-à-dire ici, une largeur, une longueur ou un diamètre supérieur à la longueur d'onde X de travail. De préférence, la distance h entre le plan réflecteur et la surface d'injection/réception est comprise entre -X,/20 et +X/40. 25

Claims (14)

REVENDICATIONS

1. Antenne à matériau BIP (Bande Interdite Photonique) à défaut comportant : - un premier matériau BIP (4) présentant une périodicité à au moins une dimension et une face extérieure (20) rayonnante en émission et/ou en réception, - au moins un premier défaut de périodicité du matériau BIP formant une première cavité résonnante (8) propre à créer au moins une bande passante étroite au sein d'une bande non passante du matériau BIP, cette cavité présentant une paroi supérieure formée par une face inférieure du matériau BIP opposée à la face extérieure rayonnante, et une paroi inférieure en vis-à-vis de la paroi supérieure, et - au moins un dispositif (10 ; 70 ; 86 ; 94 ; 100 ; 112 ; 132 ; 152) d'excitation propre à faire résonner la cavité résonnante, ce dispositif présentant une surface (26 ; 122) d'injection et/ou de réception d'ondes électromagnétiques à une fréquence de travail comprise dans la bande passante étroite, cette surface étant affleurante à la paroi inférieure de la cavité, caractérisée en ce que la surface d'injection et/ou de réception a au moins une largeur ou une longueur ou un diamètre supérieur à X, où X est la longueur d'onde de la fréquence de travail.

2. Antenne selon la revendication 1, dans laquelle la répartition de la puissance des ondes électromagnétiques sur la surface d'injection et/ou de réception présente un point où la puissance est maximale, ce point étant éloigné de la périphérie de cette surface, et la puissance décroît continûment le long d'une droite allant de ce point jusqu'à 2906410 22 la périphérie et ceci quelle que soit la direction de la droite considérée dans le plan de cette surface.

3. Antenne selon la revendication 2, dans laquelle le dispositif d'excitation comprend au moins un guide (32 ; 5 52, 54 ; 70 ; 86 ; 94 ; 100) évasé d'ondes électromagnétiques équipé d'une extrémité distale débouchant à l'intérieur de la cavité résonnante et d'une extrémité proximale propre à être raccordée à un générateur et/ou à un récepteur (30) d'ondes électromagnétiques, la 10 surface de la section transversale de l'extrémité distale étant strictement supérieure à la surface de la section transversale de l'extrémité proximale, et dans lequel l'extrémité distale du guide d'ondes est affleurante à la paroi inférieure pour former ladite surface 15 et/ou de réception.

4. Antenne selon la revendication 3, dans guide évasé (32 ; 52, 54 ; 70 ; 86 ; 94 ; 100) guide (34 ; 72 ; 78 ; 88) d'alimentation dont transversale est constante et égale à la 20 l'extrémité proximale, et une portion évasée d'injection laquelle le comporte un la section section de (36 ; 74 ; 80 ; 90 ; 104) dont la section transversale s'accroît d'une petite section identique à la section transversale de l'extrémité proximale jusqu'à une grande section identique à la section transversale de l'extrémité distale, la petite 25 section de cette portion évasée étant mise bout à bout avec le guide d'alimentation, et dans laquelle les dimensions de la section transversale du guide d'alimentation sont adaptées pour permettre uniquement un seul mode de propagation des ondes électromagnétiques à l'intérieur du 30 guide d'alimentation.

5. Antenne selon la revendication 4, caractérisée en ce que les dimensions de la section transversale du guide d'alimentation (34 ; 72 ; 78 ; 88) sont adaptées pour permettre uniquement le mode de propagation TE10 ou TE11. 2906410 23

6. Antenne selon la revendication 4 ou 5, dans laquelle la distance la plus courte séparant la petite section de la grande section de la portion évasée (36 ; 74 ; 80 ; 90 ; 104) est supérieure à drain, où dra=in = 0.25*a ; 5 et a est égal à la plus grande largeur ou longueur ou plus grand diamètre de la grande section.

7. Antenne selon la revendication 2, dans laquelle le dispositif d'excitation est lui-même une structure (112) à matériau BIP à défaut comportant un second matériau BIP 10 (114) présentant une périodicité à au moins une dimension et une face (122) extérieure affleurante à la paroi inférieure de la cavité résonnante pour former ladite surface d'injection et/ou de réception du dispositif d'excitation. 15

8. Antenne selon la revendication 1, dans laquelle le dispositif (132) d'excitation est un guide d'ondes comportant plusieurs parois latérales guidant les ondes électromagnétiques dans une direction parallèle à la paroi inférieure de la cavité, l'une de ces parois (136) étant 20 perméable aux ondes électromagnétiques guidées et affleurante à la paroi inférieure de la cavité pour former ladite surface d'injection et/ou de réception.

9. Antenne selon la revendication 1, dans laquelle le dispositif d'excitation comprend un plan (6) de masse et un 25 ruban (152) en matériau conducteur fixé sur la surface du plan de masse et électriquement isolé de ce plan de masse, ce ruban (152) étant monté affleurant sur la paroi inférieure de la cavité pour former ladite surface d'injection et/ou de réception lorsqu'il est raccordé à un 30 générateur et/ou récepteur (30) d'ondes électromagnétiques.

10. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la surface d'injection et/ou de réception est strictement inférieure à la surface de la face extérieure rayonnante (20), et de préférence 2906410 24 inférieure à deux fois la surface de la face extérieure rayonnante.

11. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la paroi inférieure de la cavité 5 et la surface d'injection et/ou de réception sont dans le même plan.

12. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'antenne comporte plusieurs dispositifs (52, 54) d'excitation présentant chacun une 10 surface d'injection et/ou de réception des ondes électromagnétiques affleurantes à la paroi inférieure de la cavité.

13. Système de transmission et/ou de réception d'ondes électromagnétiques, ce système comportant : 15 - un dispositif (62) de focalisation des ondes électromagnétiques transmises et/ou reçues par le système, ce dispositif présentant un foyer (64), et - une antenne multifaisceaux (66) comportant une face extérieure rayonnante en émission ou en réception 20 placée sensiblement au niveau du foyer du dispositif de focalisation, et dans lequel l'antenne multifaisceaux est une antenne à matériau BIP (Bande Interdite Photonique) comportant : . un premier matériau BIP (4) présentant une 25 périodicité à au moins une dimension et une face extérieure (20) rayonnante en émission et/ou en réception, . au moins un premier défaut de périodicité du matériau BIP formant une première cavité résonnante (8) propre à créer au moins une bande passante étroite au sein 30 d'une bande non passante du matériau BIP, cette cavité présentant une paroi supérieure formée par une face inférieure du matériau BIP opposée à la face extérieure rayonnante, et une paroi inférieure en vis-à-vis de la paroi supérieure, 2906410 25 . plusieurs dispositifs (10 ; 70 ; 86 ; 94 ; 100 ; 112 ; 132 ; 152) d'excitation propres à faire résonner la cavité résonnante, ces dispositifs présentant une surface (26 ; 122) d'injection et/ou de réception 5 d'ondes électromagnétiques à une fréquence de travail comprise dans la bande passante étroite, cette surface étant affleurante à la paroi inférieure de la cavité, caractérisé en ce que chaque surface d'injection et/ou de réception a au moins une largeur ou une longueur ou un 10 diamètre supérieur à a., où est la longueur d'onde de la fréquence de travail du dispositif d'excitation correspondant.

14. Procédé d'émission ou de réception d'ondes électromagnétiques, caractérisée en ce que le procédé 15 comporte l'émission ou la réception d'ondes électromagnétiques à l'aide d'une antenne conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 12.