FR2908559A1 - MULTI-PORT COUPLER FOR THE POWER SUPPLY OF ONE OR MORE ANTENNAS BY SINGLE SOURCES FROM ONE TO THE OTHER, ANTENNA AND ANTENNA SYSTEM INTEGRATING THE COUPLER - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un système à une ou plusieurs antennes comprenant des éléments rayonnants (15), caractérisée en ce qu'il comporte un coupleur multiport en anneau (1) pour alimenter les éléments rayonnants par plusieurs sources d'alimentation (G1, G2) isolées les unes des autres.L'invention s'étend également à un coupleur multiport en anneau permettant un telle alimentation des éléments rayonnants d'une ou plusieurs antennes.The invention relates to a system with one or more antennas comprising radiating elements (15), characterized in that it comprises a ring multiport coupler (1) for supplying the radiating elements by several power sources (G1, G2). The invention also extends to a ring multiport coupler allowing such a supply of the radiating elements of one or more antennas.
Description
1 Le domaine de l'invention est celui des antennes de télécommunication,The field of the invention is that of telecommunication antennas,
et plus particulièrement celui des antennes plates pour faisceaux hertziens (antennes FH). Les antennes plates tendent désormais à être préférées aux antennes paraboliques. Les antennes plates présentent en effet l'avantage d'être à surface équivalente, globalement aussi efficaces que les antennes paraboliques. Et ces antennes plates sont caractérisées par leur compacité et leur faible poids. Une antenne plate comprend un réseau d'éléments rayonnants intégrés au substrat diélectrique de l'antenne. L'antenne plate comprend plus précisément un ensemble de sous-réseaux linéaires parallèles entre eux, chaque sous-réseau linéaire étant constitué d'un ensemble d'éléments rayonnants. Les éléments rayonnants sont typiquement chacun constitués d'une surface carrée conductrice dont un coin est relié à une ligne d'alimentation de sous-réseau (typiquement sous la forme d'une ligne micro-ruban). L'alimentation en énergie de l'antenne plate est classiquement réalisée en dotant l'antenne d'un connecteur coaxial, et en raccordant l'antenne à un guide d'ondes par l'intermédiaire d'une transition guide-coaxial. and more particularly that of flat antennas for radio-relay systems (FH antennas). Flat antennas now tend to be preferred over satellite dishes. Flat antennas have the advantage of being equivalent surface, globally as effective as parabolic antennas. And these flat antennas are characterized by their compactness and low weight. A flat antenna comprises a network of radiating elements integrated in the dielectric substrate of the antenna. The flat antenna more specifically comprises a set of linear subarrays parallel to each other, each linear subarray consisting of a set of radiating elements. The radiating elements are typically each consisting of a conductive square surface having a corner connected to a subnetwork supply line (typically in the form of a micro-ribbon line). The power supply of the flat antenna is conventionally performed by providing the antenna with a coaxial connector, and by connecting the antenna to a waveguide via a guide-coaxial transition.
Toutefois l'augmentation de la fréquence utilisée pour les faisceaux hertziens implique la diminution des dimensions physiques des éléments de l'antenne. Cette diminution entraîne des difficultés de réalisation de la solution d'alimentation par sonde coaxiale. Afin de répondre à cette problématique, des solutions d'alimentation directe par guide d'ondes ont été proposées, par exemple (voir notamment à ce sujet la demande de brevet français de la Demanderesse déposée le 14 novembre 2005 sous le n 0511527) par mise en oeuvre d'un couplage électromagnétique par fente entre une source d'alimentation en énergie (typiquement un guide d'ondes) et les lignes d'alimentation des éléments :30 rayonnants de l'antenne plate. However, the increase in the frequency used for the radio links implies the reduction of the physical dimensions of the elements of the antenna. This reduction leads to difficulties in producing the coaxial probe feed solution. In order to answer this problem, solutions of direct supply by waveguide have been proposed, for example (see in particular on this subject the French patent application of the Applicant filed on November 14, 2005 under n 0511527) by placing electromagnetic coupling by slot between a power supply source (typically a waveguide) and the supply lines of the radiating elements of the flat antenna.
2908559 2 Une antenne de ce type est toutefois associée à un seul équipement radio (c'est-à-dire à une seule chaîne d'émission/réception). En d'autres termes, un système antennaire ne dispose que d'une seule entrée. II serait cependant souhaitable d'optimiser le système antennaire pour 5 assurer le partage du système antennaire entre plusieurs équipements radio, en associant ainsi plusieurs chaînes d'émission/réception à une ou plusieurs antennes. L'invention a pour objectif de répondre à ce besoin, et propose à cet effet, et selon un premier aspect, une antenne comprenant des éléments 10 rayonnants, caractérisée en ce qu'elle comporte un coupleur multiport en anneau pour alimenter les éléments rayonnants par plusieurs sources d'alimentation isolées les unes des autres. Certains aspects préférés, mais non limitatifs, de cette antenne sont les suivants : 15 - elle comprend un substrat sur lequel sont disposés les éléments rayonnants, et en ce que le coupleur en anneau est un anneau microruban disposé sur le substrat ; - le coupleur dispose d'au moins deux entrées chacune sous la forme d'un port d'accès pour une source d'alimentation, lesdits ports d'accès étant 20 repartis le long de la circonférence de l'anneau de sorte qu'une onde entrant dans un port d'accès se divise en deux ondes tournant en sens inverse sur l'anneau et arrivant en opposition de phase aux niveaux des autres ports d'accès ; - le coupleur dispose d'au moins deux sorties chacune sous la forme 25 d'un port d'alimentation d'éléments rayonnants, lesdits ports d'alimentation étant répartis le long de la circonférence de l'anneau de sorte qu'une onde entrant dans un port d'accès se divise en deux ondes tournant en sens inverse sur l'anneau et arrivant en phase au niveau de chaque port d'alimentation ; - l'antenne comporte une ligne microruban connectée à chaque port de sortie du coupleur ; 2908559 3 dans l'antenne, dans laquelle les éléments rayonnants sont agencés sous la forme de sous-réseaux linéaires, chaque sous-réseau étant relié à une ligne d'alimentation de sous-réseau, une ligne microruban connectée à un port de sortie de coupleur sert de ligne d'alimentation de sous-réseau ; 5 - dans l'antenne, dans laquelle les éléments rayonnants sont agencés sous la forme de sous-réseaux linéaires, chaque sous-réseau étant relié à une ligne d'alimentation de sous-réseau, une ligne microruban connectée à un port de sortie du coupleur est disposée transversalement à un ensemble de sous-réseaux linéaires pour alimenter chacune des lignes d'alimentation 10 de sous-réseau dudit ensemble ; - le substrat repose sur un plan de masse dans lequel des fentes sont pratiquées en regard de chacun des ports d'accès, de sorte à réaliser un couplage électromagnétique par fente entre l'anneau et une source d'alimentation agencée par rapport au plan de masse pour exciter un port 15 d'accès de l'anneau ; - chacun des ports d'accès de l'anneau comporte une pastille de couplage destinée à récolter l'énergie rayonnée à travers la fente par une source d'alimentation ; les sources d'alimentation sont des guides d'ondes ; 20 - un guide d'ondes est un guide d'ondes ayant une forme de U en section, agencé de manière à ce que le plan de masse lui serve de paroi fermant l'espace du guide d'ondes ; et - les sources d'alimentation sont des lignes microruban ou des lignes triplaques.An antenna of this type, however, is associated with a single radio equipment (i.e. a single transmit / receive channel). In other words, an antenna system has only one input. It would be desirable, however, to optimize the antennal system to provide antennal system sharing among a plurality of radio equipment, thereby associating multiple transmit / receive channels with one or more antennas. The invention aims to meet this need, and proposes for this purpose, and according to a first aspect, an antenna comprising radiating elements, characterized in that it comprises a ring multiport coupler for supplying the radiating elements by several power sources isolated from each other. Some preferred, but not limiting, aspects of this antenna are as follows: it comprises a substrate on which the radiating elements are arranged, and in that the ring coupler is a microstrip ring disposed on the substrate; the coupler has at least two inputs each in the form of an access port for a power source, said access ports being distributed along the circumference of the ring so that a A wave entering an access port splits into two waves rotating in opposite directions on the ring and arriving in phase opposition to the levels of the other access ports; the coupler has at least two outputs each in the form of a radiating element supply port, said power ports being distributed along the circumference of the ring so that an incoming wave in an access port splits into two waves rotating in opposite directions on the ring and arriving in phase at each power port; the antenna comprises a microstrip line connected to each output port of the coupler; In the antenna, in which the radiating elements are arranged in the form of linear sub-networks, each sub-network being connected to a sub-network supply line, a microstrip line connected to an output port of coupler serves as a subnet power line; In the antenna, in which the radiating elements are arranged in the form of linear sub-networks, each sub-network being connected to a sub-network supply line, a microstrip line connected to an output port of the sub-network; coupler is disposed transversely to a set of linear subnets for supplying each subnet supply line of said set; the substrate rests on a ground plane in which slots are made opposite each of the access ports, so as to achieve an electromagnetic coupling by slot between the ring and a power source arranged with respect to the plane of mass for exciting an access port 15 of the ring; each of the access ports of the ring comprises a coupling pad intended to collect the energy radiated through the slot by a power source; power sources are waveguides; A waveguide is a waveguide having a U-shaped section, arranged so that the ground plane serves as a wall closing the space of the waveguide; and - the power sources are microstrip lines or triplate lines.
25 Selon un second aspect, l'invention concerne un système d'antennes, chacune comprenant des éléments rayonnants, caractérisé en ce qu'il comporte un coupleur multiport en anneau pour alimenter les éléments rayonnants des antennes par plusieurs sources d'alimentation isolées les uns des autres.According to a second aspect, the invention relates to an antenna system, each comprising radiating elements, characterized in that it comprises a ring multiport coupler for supplying the radiating elements of the antennas by several isolated power sources to each other. others.
30 Encore selon un autre aspect, l'invention concerne un coupleur multiport pour l'alimentation d'une ou plusieurs antennes par au moins deux 2908559 4 sources d'alimentation, caractérisée en ce qu'il est constitué d'un anneau microruban disposant d'au moins cieux entrées chacune sous la forme d'un port d'accès pour une source d'alimentation, lesdits ports d'accès étant repartis le long de la circonférence de l'anneau de sorte qu'une onde entrant 5 dans un port d'accès se divise en deux ondes tournant en sens inverse sur l'anneau et arrivant en opposition de phase aux niveaux des autres ports d'accès. D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes 10 de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est un schéma représentant une antenne conforme à l'invention reliée par l'intermédiaire d'un coupleur à trois chaînes d'émission/réception ; 15 la figure 2 représente le spectre en fréquence d'une transmission FH ; la figure 3 est un schéma illustrant la transmission, et la réception, de plusieurs canaux différents sur une même antenne ; la figure 4 représente le spectre résultant au niveau d'une antenne de la figure 3 ; 20 les figures 5 et 6 illustrent la conception d'un coupleur en anneau disposant de cinq entrées ; les figures 7, 8 et 9 représentent un mode de réalisation possible du coupleur en anneau en technologie microruban, l'anneau étant intégré au substrat de l'antenne ; 25 la figure 10 représente un mode de réalisation possible de l'alimentation des éléments rayonnants d'une antenne ; la figure 11 représente un coupleur en anneau disposant d'un accès microruban ; les figures 12 et 13 sont des schémas représentant un système 30 d'antennes selon le deuxième aspect de l'invention.According to another aspect, the invention relates to a multiport coupler for feeding one or more antennas by at least two power sources, characterized in that it consists of a microstrip ring having at least two inputs each in the form of an access port for a power source, said access ports being distributed along the circumference of the ring so that a wave entering a port The access port splits into two waves that rotate in opposite directions on the ring and arrive in phase opposition with the levels of the other access ports. Other aspects, objects and advantages of the present invention will become more apparent upon reading the following detailed description of preferred embodiments thereof, given by way of non-limiting example, and with reference to the accompanying drawings. which: Figure 1 is a diagram showing an antenna according to the invention connected via a coupler three transmission / reception chains; Figure 2 shows the frequency spectrum of a FH transmission; Figure 3 is a diagram illustrating the transmission, and reception, of several different channels on the same antenna; Figure 4 shows the resulting spectrum at an antenna of Figure 3; Figures 5 and 6 illustrate the design of a ring coupler having five inputs; Figures 7, 8 and 9 show a possible embodiment of the ring coupler microstrip technology, the ring being integrated in the antenna substrate; FIG. 10 represents a possible embodiment of the supply of the radiating elements of an antenna; Fig. 11 shows a ring coupler having microstrip access; Figures 12 and 13 are diagrams showing an antenna system according to the second aspect of the invention.
2908559 5 En référence au schéma de la figure 1, on a représenté une antenne A reliée par l'intermédiaire d'un coupleur multiport 1 à trois chaînes d'émission/réception C1, C2 et C3. Le coupleur 1, qui sera détaillé plus en détail par la suite, permet 5 d'élaborer une antenne A disposant de plusieurs entrées (les chaînes C1, C2 et C3) n'interférant pas les unes avec les autres. Un exemple illustratif et non limitatif d'application d'une telle antenne est celui d'une antenne disposant de deux chaînes d'émission/réception, l'une servant pour l'émission/réception du signal utile (par exemple un signal 10 GSM), et l'autre servant à vérifier les conditions de réception dudit signal utile (chaîne de poursuite, ou de Cracking selon la terminologie anglo-saxonne). Un autre exemple d'application est celui de la transmission FH. Dans le domaine des faisceaux hertziens, la transmission duplex est assurée avec un 15 écart duplex qui dépend de la bande de fréquences. Pour des faisceaux hertziens à 38 GHz par exemple, on transmet les signaux avec un écart duplex d'environ 1 GHz entre l'émission et la réception. Le spectre en fréquence d'une telle transmission est schématisé sur la figure 2, sur laquelle l'écart duplex entre la bande de réception et la bande d'émission porte la 20 référence Ed. Comme cela est représenté de manière schématique sur la figure 3, le coupleur multiport 1 permet d'envisager la transmission de plusieurs canaux différents sur la même antenne Al, et la réception des différents canaux sur une même antenne A2.With reference to the diagram of FIG. 1, there is shown an antenna A connected via a multiport coupler 1 to three transmission / reception chains C1, C2 and C3. The coupler 1, which will be detailed in more detail later, makes it possible to develop an antenna A having several inputs (the chains C1, C2 and C3) not interfering with each other. An illustrative and nonlimiting example of application of such an antenna is that of an antenna having two transmission / reception channels, one serving for transmission / reception of the useful signal (for example a GSM signal ), and the other used to check the conditions of reception of said useful signal (tracking chain, or Cracking according to the English terminology). Another example of application is that of the transmission FH. In the field of radio links, duplex transmission is provided with a duplex deviation which depends on the frequency band. For radio-relay systems at 38 GHz, for example, the signals are transmitted with a duplex difference of about 1 GHz between transmission and reception. The frequency spectrum of such a transmission is shown diagrammatically in FIG. 2, in which the duplex deviation between the reception band and the transmission band is referred to as Ed. As shown diagrammatically in FIG. the multiport coupler 1 makes it possible to envisage the transmission of several different channels on the same antenna A1, and the reception of the different channels on the same antenna A2.
25 On a ainsi représenté sur la figure 4, le spectre résultant au niveau de l'antenne Al, en sortie du coupleur multiport 1. On relèvera que les entrées (transmissions duplex 1, 2 et 3) de l'antenne n'interfèrent pas les unes avec les autres. En particulier, la réception des canaux 2 et 3 s'opèrent dans l'écart duplex séparant l'émission de la réception du canal 3.FIG. 4 shows the resulting spectrum at the antenna A1 at the output of the multiport coupler 1. It will be noted that the inputs (duplex transmissions 1, 2 and 3) of the antenna do not interfere with each other. with each other. In particular, the reception of the channels 2 and 3 takes place in the duplex deviation separating the transmission from the reception of the channel 3.
30 On comprend donc que le coupleur permet de multiplier le débit d'un lien FH sans ajouter d'antenne, ce qui s'avère particulièrement avantageux 2908559 6 pour répondre aux besoins d'intégration des antennes, notamment en environnement urbain. Selon un premier aspect, l'invention concerne une antenne, notamment une antenne plate, comprenant des éléments rayonnants (ou patch selon 5 la terminologie anglo-saxonne). L'antenne comprend également un coupleur multiport en anneau pour alimenter les éléments rayonnants par plusieurs sources d'alimentation isolées les unes des autres. Le coupleur multiport dispose d'au moins deux entrées chacune sous la forme d'un port d'accès pour une source d'alimentation, lesdits ports d'accès 10 étant repartis le long de la circonférence de l'anneau de sorte qu'une onde entrant dans un port d'accès se divise en deux ondes tournant en sens inverse sur l'anneau et arrivant en opposition de phase aux niveaux des autres ports d'accès. On a représenté sur les figures 5 et 6, la conception d'un coupleur 15 multiport en anneau disposant de 5 entrées (une entrée pouvant servir de port d'accès pour une source d'alimentation). On notera que d'une manière générale, un coupleur selon l'invention peut être conçu pour comprendre 2n+1 entrées, avec n un entier supérieur ou égal à 1. L'anneau 2 de la figure 5 a un périmètre électrique de 5X/2. On .20 considère un accès de référence au niveau de la flèche F. Une onde entrant dans l'anneau 2 au niveau de l'accès de référence F se divise en deux ondes qui tournent en sens inverse sur l'anneau 2. II existe alors le long de la circonférence de l'anneau différents lieux remarquables séparés d'une distance de X/4. Ces lieux remarquables .25 correspondent à : û des lieux où les deux ondes se combinent en phase (la différence de chemin parcouru par chacune des deux ondes est de k*a,, avec k égal à 1 ou 2 dans l'exemple ici retenu) ; û des lieux où les deux ondes se combinent en opposition de phase (la 30 différence de chemin parcouru par chacune des deux ondes est de (2p+1)*X/2, avec p égal à 0, 1 ou 2 dans l'exemple ici retenu) ; 2908559 7 Ces lieux remarquables sont notés accès O et PI pour respectivement : Accès 0, correspondant à un lieu où les signaux émis par l'accès de référence arrivent en phase ; Accès PI, correspondant à un lieu où les signaux émis par l'accès de 5 référence arrivent en opposition de phase (en théorie ils s'annulent alors mutuellement; en pratique on retrouve le signal incident fortement atténué, par exemple de 25dB). Ainsi l'accès de référence peut être considéré comme étant isolé des accès PI. De même, si on considère un accès PI on constate qu'il est 10 également isolé de l'accès de référence et des autres accès PI. Comme cela est illustré par la figure 6, on choisit de positionner les entrées E/S du coupleur (c'est-à-dire les ports d'accès pour une source d'alimentation) sur les lieux PI. On obtient ainsi une isolation maximale des entrées les unes par rapport aux autres.It is thus clear that the coupler makes it possible to multiply the bit rate of an FH link without adding an antenna, which proves to be particularly advantageous for meeting the needs of integration of the antennas, especially in an urban environment. According to a first aspect, the invention relates to an antenna, in particular a flat antenna, comprising radiating elements (or patch according to the English terminology). The antenna also includes a ring multiport coupler for powering the radiating elements from multiple power sources isolated from each other. The multiport coupler has at least two inputs each in the form of an access port for a power source, said access ports 10 being distributed along the circumference of the ring so that a A wave entering an access port splits into two waves rotating in opposite directions on the ring and arriving in phase opposition at the levels of the other access ports. FIGS. 5 and 6 show the design of a ring multiport coupler having 5 inputs (an input that can serve as an access port for a power source). Note that in general, a coupler according to the invention can be designed to include 2n + 1 inputs, with n an integer greater than or equal to 1. The ring 2 of Figure 5 has an electrical perimeter of 5X / 2. We consider a reference access at the level of the arrow F. A wave entering the ring 2 at the reference port F divides into two waves which turn in opposite directions on the ring 2. There exists then along the circumference of the ring different remarkable places separated by a distance of X / 4. These remarkable places .25 correspond to: - places where the two waves combine in phase (the difference of path traveled by each of the two waves is k * a ,, with k equal to 1 or 2 in the example here selected ); places where the two waves combine in phase opposition (the difference in path traveled by each of the two waves is (2p + 1) * X / 2, with p equal to 0, 1 or 2 in the example here retained); These remarkable places are denoted access O and PI for respectively: Access 0, corresponding to a place where the signals emitted by the reference access arrive in phase; PI access, corresponding to a place where the signals emitted by the reference access arrive in phase opposition (in theory they cancel each other out, in practice we find the strongly attenuated incident signal, for example of 25 dB). Thus the reference access can be considered as being isolated from the PI accesses. Similarly, if we consider a PI access it is found that it is also isolated from the reference access and other PI accesses. As illustrated in FIG. 6, it is decided to position the I / O inputs of the coupler (that is to say the access ports for a power source) on the places PI. This provides maximum isolation of the inputs relative to each other.
15 Les sorties AA du coupleur (c'est-à-dire les accès antenne servant de ports d'alimentation d'éléments rayonnants) sont positionnés sur les lieux 0 de l'accès de référence. On relèvera que si l'on considère un autre accès PI, la sortie AA est également positionnée au niveau d'un lieu 0 pour cet autre accès PI. On récolte ainsi au niveau d'un accès antenne AA l'intégralité (à 20 l'atténuation près) des signaux en provenance de chacune des entrées E/S. On notera par ailleurs que selon le principe de réciprocité, une onde en provenance de l'antenne, et rentrant sur l'anneau 2 va se recombiner en phase au niveau des accès E/S, et en opposition de phase au niveau des autres sorties AA. On assure ainsi la répartition d'un signal provenant de 25 l'antenne sur les cinq accès E/S, ainsi que l'isolation des différents accès antennes entre eux. Selon un mode de réalisation préférentiel, et en référence à la vue en perspective partielle des figures 7, 8 et 9, l'antenne est du type antenne plate comprenant un plan de masse 3, et un substrat 4 rapporté sur le plan de 30 masse sur lequel est disposé un circuit imprimé contenant lesdits éléments rayonnants.The coupler AA outputs (i.e., the antenna ports serving as radiator supply ports) are positioned at the locations 0 of the reference port. Note that if we consider another PI access, the output AA is also positioned at a location 0 for this other PI access. Thus, at the AA antenna port, all (at least attenuation) of the signals from each of the I / O inputs are collected. Note also that according to the principle of reciprocity, a wave coming from the antenna, and returning to the ring 2 will recombine in phase at the I / O access, and in phase opposition at the other outputs AA. This ensures the distribution of a signal from the antenna to the five I / O accesses, as well as the isolation of the different antenna accesses between them. According to a preferred embodiment, and with reference to the partial perspective view of FIGS. 7, 8 and 9, the antenna is of the flat antenna type comprising a ground plane 3, and a substrate 4 attached to the plane of mass. on which is disposed a printed circuit containing said radiating elements.
2908559 8 Dans le cadre de ce mode de réalisation, le coupleur est sous la forme d'un anneau 2, préférablement réalisé en technologie microruban pour être intégré au circuit imprimé disposé sur le substrat 4. La figure 7 représente une vue d'ensemble illustrant la structure 5 physique du coupleur multiport en anneau microruban. La figure 8 représente plus précisément le sous-système accès en guide d'ondes, tandis que la figure 9 représente plus précisément le sous-système d'accès microruban. Sur le coupleur des figures 7,8 et 9, deux ports d'accès E/S 1 et E/S 4 10 pour une source d'alimentation et deux ports d'alimentation AA 1 et AA 4 d'éléments rayonnants sont utilisés. Dans cette configuration, le coupleur est un quadripôle disposant de deux entrées et deux sorties. Comme cela est apparent sur les figures 7 et 8, le substrat 4 repose sur un plan de masse 3 dans lequel des fentes 5, 6 sont pratiquées en regard de 15 chacun des ports d'accès E/S 1 et E/S 2. On réalise de la sorte un couplage électromagnétique par fente entre l'anneau 2 et une source d'alimentation agencée par rapport au plan de masse pour exciter un port d'accès de l'anneau. De manière préférentielle, l'anneau 2 présente, au niveau de chaque 20 port d'accès, une pastille de couplage 7, 8, par exemple circulaire, placée au dessus de la fente 5, 6 correspondante pour récolter l'énergie rayonnée à travers ladite fente par une source d'alimentation. Selon un mode de réalisation possible, les sources d'alimentation sont des guides d'ondes. Les figures 7,8 représentent ainsi l'extrémité de deux 25 guides G1, G4 d'ondes connectés chacun à une entrée du coupleur (i.e. à un port d'accès E/S 1, E/S 4 pour une source d'alimentation). Les guides d'ondes peuvent être des guides en forme de U en section (par exemple par usinage d'un canal dans un corps métallique), agencés par rapport au plan de masse de manière à ce que le plan de masse lui serve de 30 paroi fermant l'espace du guide d'ondes.In the context of this embodiment, the coupler is in the form of a ring 2, preferably made in microstrip technology to be integrated in the printed circuit disposed on the substrate 4. FIG. 7 represents an overall view illustrating the physical structure of the multiport microstrip ring coupler. Figure 8 shows more precisely the waveguide access subsystem, while Figure 9 more closely represents the microstrip access subsystem. In the coupler of FIGS. 7, 8 and 9, two I / O access ports 1 and I / O 4 for a power source and two power supply ports AA 1 and AA 4 for radiating elements are used. In this configuration, the coupler is a quadrupole with two inputs and two outputs. As is apparent in FIGS. 7 and 8, the substrate 4 rests on a ground plane 3 in which slots 5, 6 are made opposite each of the I / O access ports 1 and I / O 2. In this way, an electromagnetic coupling is produced by slot between the ring 2 and a power source arranged with respect to the ground plane to excite an access port of the ring. Preferably, the ring 2 has, at each access port, a coupling pad 7, 8, for example circular, placed above the corresponding slot 5, 6 to collect the energy radiated through said slot by a power source. According to a possible embodiment, the power sources are waveguides. FIGS. 7, 8 thus represent the end of two waveguides G1, G4 each connected to an input of the coupler (ie to an I / O access port 1, I / O 4 for a power supply ). The waveguides may be U-shaped guides in section (for example by machining a channel in a metal body), arranged with respect to the ground plane so that the ground plane serves as a guide. wall closing the space of the waveguide.
2908559 9 Les guides d'ondes peuvent également être des guides rectangulaires, plaqués contre le plan de masse et dans chacun desquels une fente est pratiquée de manière à être mise en correspondance avec l'une des fentes pratiquées dans le plan de masse.The waveguides may also be rectangular guides, pressed against the ground plane and in each of which a slot is made to be matched with one of the slots in the ground plane.
5 Par ailleurs, on notera que de manière préférentielle, on termine un guide d'ondes G1, G2 en le court-circuitant à une distance de 2^,/4 de la fente, de manière à rapporter un circuit ouvert au niveau de la fente et à maximiser le transfert d'énergie du guide d'ondes vers la ligne microruban. Selon un autre mode de réalisation possible (non représenté), les 10 sources d'alimentation sont des lignes triplaques. Une ligne triplaque peut comprendre une ligne conductrice prise en sandwich entre deux plans de masse de ligne triplaque, et une fente de rayonnement d'onde est alors pratiquée dans l'un des plans de masse de ligne triplaque qui est plaqué contre le plan de masse 3 de l'antenne de 15 manière à ce que l'une des fentes du plan de masse et la fente de la ligne triplaque soient superposées. En variante, une ligne triplaque peut comprendre une ligne conductrice prise en sandwich entre deux plans de masse de ligne triplaque, le plan de masse de l'antenne constituant l'un des plans de masse de ligne triplaque.Furthermore, it will be noted that, preferably, a waveguide G1, G2 is terminated by short-circuiting it at a distance of 2 ^ / 4 from the slot, so as to report an open circuit at the level of the slot and maximize the energy transfer from the waveguide to the microstrip line. According to another possible embodiment (not shown), the power sources are triplate lines. A triplate line may comprise a conductive line sandwiched between two triplate line ground planes, and a wave radiation slot is then formed in one of the triplate line ground planes which is pressed against the ground plane. 3 of the antenna so that one of the slits of the ground plane and the slot of the triplate line are superimposed. Alternatively, a triplate line may comprise a conductive line sandwiched between two ground planes of triplate line, the ground plane of the antenna constituting one of the plane plane of triplate line.
20 Selon encore un autre mode de réalisation possible, les sources d'alimentation sont des lignes d'accès en technologie microruban. On a représenté de manière schématique sur la figure 11, un coupleur multiport en anneau avec un accès microruban. Une ligne microruban 9 servant de source d'alimentation est positionnée transversalement à une 25 fente 5 pratiquée dans le plan de masse de l'antenne. L'anneau 2 formant le coupleur est intégré au substrat rapporté sur le plan de masse. De telle manière, l'énergie véhiculée par la ligne microruban 9 rayonne à travers la fente 5 et est collectée par l'anneau 2. On relèvera que dans ce mode de réalisation, trois couches de 30 métallisation sont utilisées, avec une couche inférieure contenant l'accès 2908559 10 microruban, une couche intermédiaire contenant le plan de masse avec sa fente, et la couche supérieur contenant l'anneau du coupleur. Par ailleurs, on notera que de manière préférentielle, on termine la ligne microruban 9 à une distance de ?J4 de la fente, de manière à rapporter un 5 circuit ouvert au niveau de la fente et à maximiser le transfert d'énergie du guide d'ondes vers la ligne microruban. Concernant désormais les sorties du coupleur (ports d'alimentation d'éléments rayonnants tels que AA1 et AA4 sur les figures 7 et 8), et comme cela est représenté sur la figure 10, on relèvera qu'une ligne microruban 10, 10 11 est connectée à chaque port de sortie du coupleur. A cet effet, comme cela est apparent sur la figure 9, l'anneau peut présenter au niveau d'un lieu remarquable 0, une portion de ligne microruban 12, 13 s'étendant depuis l'anneau dans la direction du rayon de l'anneau passant par ce lieu remarquable, vers l'extérieur de l'anneau jusqu'à un port 15 d'alimentation d'éléments rayonnants AA4, AA1. Les ports AA4, AA1 permettent alors, comme illustré sur la figure 9, de relier une ligne microruban 10, 11 à la portion 12, 13 s'étendant depuis l'anneau. On rappelle (cf. figure 10) que les éléments rayonnants 15 d'une antenne plate sont typiquement agencés sous la forme de sous-réseaux 20 linéaires, chaque sous-réseau étant relié à une ligne d'alimentation 16 de sous-réseau. Selon un mode de réalisation possible, représenté sur la figure 10, une ligne microruban 10, 11 connectée à un port de sortie AA1, AA4, du coupleur 1 est disposée transversalement à un ensemble de sous-réseaux linéaires 25 pour alimenter chacune des lignes d'alimentation de sous-réseau dudit ensemble. Selon un autre mode de réalisation possible (non représenté), une ligne microruban connectée à un port de sortie du coupleur sert de ligne d'alimentation 16 de sous-réseau.According to yet another possible embodiment, the power sources are access lines in microstrip technology. FIG. 11 schematically shows a ring multiport coupler with microstrip access. A microstrip line 9 serving as a power source is positioned transversely to a slot 5 in the ground plane of the antenna. The ring 2 forming the coupler is integrated with the substrate attached to the ground plane. In this way, the energy conveyed by the microstrip line 9 radiates through the slot 5 and is collected by the ring 2. It will be noted that in this embodiment, three metallization layers are used, with a lower layer containing microstrip access, an intermediate layer containing the ground plane with its slot, and the upper layer containing the coupler ring. Furthermore, it will be noted that, preferably, the microstrip line 9 is terminated at a distance from the slot, so as to yield an open circuit at the slot and to maximize the energy transfer of the guide. waves towards the microstrip line. Referring now to the outputs of the coupler (radiating element supply ports such as AA1 and AA4 in FIGS. 7 and 8), and as shown in FIG. 10, it will be noted that a microstrip line 10, 10 11 is connected to each output port of the coupler. For this purpose, as is apparent in FIG. 9, the ring may have, at a remarkable location 0, a microstrip line portion 12, 13 extending from the ring in the direction of the radius of the ring passing through this remarkable place, towards the outside of the ring to a supply port 15 for radiating elements AA4, AA1. The ports AA4, AA1 then allow, as illustrated in Figure 9, to connect a microstrip line 10, 11 to the portion 12, 13 extending from the ring. It will be recalled (see FIG. 10) that the radiating elements 15 of a flat antenna are typically arranged in the form of linear sub-networks, each sub-network being connected to a sub-network supply line 16. According to a possible embodiment, represented in FIG. 10, a microstrip line 10, 11 connected to an output port AA1, AA4, of the coupler 1 is arranged transversely to a set of linear subnetworks 25 to feed each of the lines subnetwork power of said set. In another possible embodiment (not shown), a microstrip line connected to an output port of the coupler serves as a subnetwork power line.
30 Par ailleurs, on relèvera qu'il il est également possible de connecter plusieurs antennes en sortie dru coupleur, notamment via les lignes 2908559 11 microrubans du type 10, 11 connectés à un port d'alimentation d'éléments rayonnants. Le coupleur exposé précédemment peut ainsi être utilisé dans les antennes à plusieurs entrées et plusieurs sorties (antennes MIMO selon la 5 terminologie anglo-saxonne Multiple Input, Multiple Output), en autorisant la réception de plusieurs signaux indépendants sur une même couche (plusieurs accès en source d'alimentation, par exemple plusieurs accès en guide d'ondes) et l'émission vers plusieurs directions (plusieurs sorties, notamment sous forme de ligne microruban, d'alimentation d'éléments 10 rayonnants. On a représenté de manière schématique sur la figure 12, le coupleur multiport 1 utilisé dans un système d'antennes comportant une pluralité d'antennes Al, A2, A3, A4, A5, chacune comprenant des éléments rayonnants, pour alimenter les éléments rayonnants des antennes par 15 plusieurs sources d'alimentation isolées les uns des autres (entrées El, ..., E5). Un exemple d'application du système d'antennes de la figure 12 est représenté sur la figure 13, et consiste à utiliser le coupleur 1 comme commutateur dans un système redondant présentant deux entrées E1, E2 et 20 deux antennes Al, A2. Un autre exemple d'application est celui de l'adaptation du diagramme de rayonnement du système d'antennes en fonction des circonstances, par exemple dans le cadre de la téléphonie mobile pour orienter le faisceau du système d'antennes là où se trouve le rayonnement, en tenant compte du 25 déplacement des utilisateurs au sein de la cellule couverte par l'antenne. On précise à titre purement illustratif et non limitatif, qu'une application que l'on fera du couplage selon l'invention concerne les transmissions dans la bande de 37,21 GHz à 38,64 GHz. Par ailleurs, on aura bien compris que l'invention n'est pas limitée à une 30 antenne ou à un système d'antennes, mais s'étend également à un coupleur multiport tel que décrit précédemment.Furthermore, it will be noted that it is also possible to connect several antennas at the output of the coupler, in particular via the lines 10, 11 of microstrips connected to a radiating element supply port. The coupler described above can thus be used in antennas with several inputs and several outputs (MIMO antennas according to the English terminology Multiple Input, Multiple Output), by allowing the reception of several independent signals on the same layer (multiple accesses in source of power, for example several waveguide accesses) and transmission to several directions (several outputs, in particular in the form of a microstrip line, supply of radiating elements. FIG. 12, the multiport coupler 1 used in an antenna system comprising a plurality of antennas A1, A2, A3, A4, A5, each comprising radiating elements, for supplying the radiating elements of the antennas by several power sources. isolated from each other (inputs E1,..., E5) An example of application of the antenna system of FIG. 12 is shown in FIG. , and consists in using the coupler 1 as a switch in a redundant system having two inputs E1, E2 and two antennas A1, A2. Another example of application is that of adapting the radiation pattern of the antenna system according to the circumstances, for example in the context of mobile telephony to orient the beam of the antenna system where the radiation is located. , taking into account the displacement of the users within the cell covered by the antenna. It is specified for purely illustrative and non-limiting, that an application that we will do the coupling according to the invention relates to transmissions in the band of 37.21 GHz to 38.64 GHz. Furthermore, it will be understood that the invention is not limited to an antenna or an antenna system, but also extends to a multiport coupler as described above.
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