FR3091046A1 - Antenne microruban élémentaire et antenne réseau - Google Patents
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Abstract
Antenne élémentaire (1) du type microruban, comprenant un empilement de couches, l’antenne élémentaire étant apte à être dans une configuration plane dans laquelle les couches sont sensiblement planes et perpendiculaires à un axe d’empilement (z) selon lequel les couches sont empilées, l’empilement comprenant un premier élément rayonnant conducteur (1) et un dispositif d’excitation (B) couplé au premier élément rayonnant (1) de sorte à permettre d’exciter l’élément rayonnant (1) selon deux polarisations linéaires orthogonales, le dispositif d’excitation (B) comprenant des première, deuxième, troisième et quatrième lignes conductrices interposées entre le premier élément rayonnant (1) et des premier et deuxième répartiteurs de puissance (11, 21), selon l’axe d’empilement (z), le premier répartiteur de puissance (11) et le deuxième répartiteur de puissance (21) étant coplanaires. Figure pour l’abrégé : Fig. 1
Description
Description
Titre de l’invention : ANTENNE MICRORUBAN ÉLÉMENTAIRE ET ANTENNE RÉSEAU
[0001] La présente invention se rapporte au domaine des antennes électromagnétiques de type réseau et notamment des antennes actives. Elle s’applique notamment aux radars, aux systèmes de guerre électronique (tels que les détecteurs de radar et les brouilleurs de radar) ainsi qu’aux systèmes de communication ou autres systèmes multifonctions.
[0002] Une antenne dite réseau comprend une pluralité d’antennes élémentaires pouvant être préférentiellement du type microruban, aussi appelées antennes pavé ou « patch antenna » en terminologie anglo-saxonne. Ces antennes pavé comprennent un empilement de couches de substrats diélectriques pourvus de pistes métalliques, espacées le cas échéant par des matériaux ou des substrats non gravés.
[0003] La technologie des antennes élémentaires microruban permet de réaliser des antennes très compactes, en particulier des antennes réseaux à balayage électronique compactes, et plus simples à réaliser et donc moins onéreuses que d’autres types d’antennes (guides d’onde, Vivaldi...).
[0004] Une antenne élémentaire microruban comprend classiquement un élément rayonnant placé sur une couche de diélectrique disposé au-dessus d’un plan conducteur servant de masse de sorte à constituer un résonateur. L’antenne élémentaire comprend également un dispositif de répartition de puissance permettant d’exciter l’élément rayonnant à partir d’un signal d’entrée. Le dispositif rayonnant est couplé à son excitation par trou métallisé (appelé via) ou par une fente. Le couplage électromagnétique par fente permet de générer plus aisément une bande de fréquence large. Il permet également d’éviter tout via de liaison entre les éléments rayonnants et l’excitation ce qui simplifie la fabrication de l’antenne élémentaire.
[0005] On prévoit classiquement des moyens d’excitation aptes à exciter simultanément le dispositif rayonnant selon deux polarisations linéaires orthogonales. Cela permet de choisir la polarisation la plus adaptée à un environnement donné (en combinant ces 2 polarisations avec une relation amplitude phase appropriée).
[0006] Les antennes élémentaires sont soumises à un certain nombre de contraintes.
[0007] Elles présentent généralement une bande de fréquence étroite, typiquement quelques pourcents. Dans le cas des réseaux d’antennes élémentaires microruban, destinés à fonctionner sur une bande de fréquence étendue pouvant être supérieure à une octave, on doit envisager plusieurs fréquences de résonnance.
[0008] Les antennes réseau forment un réseau d’antennes élémentaires dont le pas est de λ Fmax/2, où est la plus petite longueur d’onde correspondant à la fréquence maximale Fmaxde la bande ce qui est une contrainte forte sur les dimensions des antennes élémentaires.
[0009] Afin d’obtenir une antenne microruban de complexité moindre, et donc de coût limité, il est préférable de restreindre le nombre de couches métallisées et le nombre de liaisons d’une couche à l’autre, effectuées par des vias.
[0010] Une solution pratique pour augmenter la largeur de la bande passante de l’antenne élémentaire consiste à augmenter le volume de l’antenne, donc la hauteur (l’épaisseur), les dimensions latérales étant bornées par le pas du réseau. Augmenter simplement la hauteur entre le dispositif rayonnant et le plan de masse conduit cependant à des phénomènes parasites lors de la mise au sein d’un réseau (propagation transverse de modes indésirables). La solution classiquement adoptée consiste à utiliser plusieurs éléments rayonnants superposés. Ce type d’empilement est appelé double patch superposé (DPS) dans le cas de deux éléments rayonnants.
[0011] Pour éviter, dans la bande de fréquence de travail, des distorsions de la forme et du pointage angulaire du diagramme de rayonnement du DPS, on prévoit une excitation symétrique de deux points d’excitation au moyen d’un répartiteur de puissance pour chacune des polarisations linéaires orthogonales.
[0012] Afin d’éviter les intersections des lignes imprimées, une solution consiste à former les deux répartiteurs de puissance sur des plans différents de l’antenne microruban.
[0013] Dans un premier cas divulgué dans l’article Wideband and wide scan phased array microstrip patch antennas for small platforms, conférences EuCAP 2007, de Erickson et al, les deux faces d’une même couche de substrat diélectrique sont occupées chacune par un répartiteur de puissance. Les deux répartiteurs de puissance comprennent des branches dont les projections sur un plan perpendiculaire à la direction d’empilement se croisent. Ces branches sont orthogonales afin de réduire le couplage entre les répartiteurs. Chacun des répartiteurs comprend deux branches se rejoignant en dehors de la surface couverte par chacun des éléments rayonnants. Cette configuration est incompatible avec la mise en réseau de l’antenne élémentaire avec un maillage serré (maillage de l’ordre de ÀFmax/2).
[0014] Dans un exemple de réalisation divulgué dans l’article ‘Air-Cooled, Active Transmit/ Receive Panel Array', IEEE 2007 Radar Conference, de A. Puzella et al, les répartiteurs sont disposés sur des plans différents espacés selon la direction d’empilement. Des vias sont nécessaires pour faire transiter les signaux vers le deuxième répartiteur à travers la couche contenant le premier répartiteur, à travers un plan de masse séparant les plans des deux coupleurs. Ceci engendre une forte dissymétrie sur la géométrie et donc sur le comportement des deux polarisations linéaires.
[0015] Un but de la présente invention est de limiter au moins un des inconvénients listés cidessus.
[0016] À cet effet, l’invention a pour objet une antenne élémentaire du type microruban, comprenant un empilement de couches, l’antenne élémentaire étant apte à être dans une configuration plane dans laquelle les couches sont sensiblement planes et perpendiculaires à un axe d’empilement selon lequel les couches sont empilées, l’empilement comprenant un premier élément rayonnant conducteur et un dispositif d’excitation couplé au premier élément rayonnant de sorte à permettre d’exciter l’élément rayonnant selon deux polarisations linéaires orthogonales, le dispositif de répartition de puissance comprenant :
- un premier dispositif d’excitation élémentaire configuré et couplé au premier élément rayonnant de sorte à être apte exciter une première paire de points d’excitation formée d’un premier point d’excitation et d’un deuxième point d’excitation disposés sur une première droite du premier élément rayonnant, le premier dispositif d’excitation élémentaire comprenant une première ligne conductrice, une deuxième ligne conductrice et un premier répartiteur de puissance apte à répartir une puissance d’un signal d’entrée reçu en un point d’entrée/sortie du premier répartiteur de puissance sur la première ligne conductrice et la deuxième ligne conductrice,
- un deuxième dispositif d’excitation élémentaire configuré et couplé au premier élément rayonnant de sorte à être apte exciter une deuxième paire de points d’excitation formée d’un troisième point d’excitation et d’un quatrième point d’excitation disposés sur une deuxième droite du premier élément rayonnant, le deuxième dispositif d’excitation élémentaire comprenant une troisième ligne conductrice, une quatrième ligne conductrice et un deuxième répartiteur de puissance apte à répartir une puissance d’un signal d’entrée reçu en un point d’entrée/sortie du deuxième répartiteur de puissance sur la troisième ligne conductrice et la quatrième ligne conductrice , les première, deuxième, troisième et quatrième lignes conductrices étant interposées entre le premier élément rayonnant et les premier et deuxième répartiteurs de puissance selon l’axe d’empilement, le premier répartiteur de puissance et le deuxième répartiteur de puissance étant coplanaires.
[0017] Avantageusement, la première ligne conductrice est en regard du premier point d’excitation, la deuxième ligne conductrice est en regard du deuxième point d’excitation, la troisième ligne conductrice est en regard du troisième point d’excitation et la quatrième ligne conductrice est en regard du quatrième point d’excitation.
[0018] Avantageusement, la première ligne conductrice et la deuxième ligne conductrice s’étendent linéairement perpendiculairement à la première droite, et la troisième ligne conductrice et la quatrième ligne conductrice s’étendant linéairement perpendiculairement à la deuxième droite.
[0019] Avantageusement, la première ligne conductrice et la deuxième ligne conductrice sont coplanaires, la troisième ligne conductrice et la quatrième ligne conductrice étant coplanaires et distantes de la première ligne conductrice et de la deuxième ligne conductrice selon la direction d’empilement.
[0020] Avantageusement, le premier répartiteur de puissance est relié à la première ligne conductrice et à la deuxième ligne conductrice en des points d’accès du répartiteur de puissance dont des projections orthogonales sur le premier élément rayonnant sont distantes du premier point d’excitation et du deuxième point d’excitation selon la deuxième droite, et dans laquelle le deuxième répartiteur de puissance est relié à la troisième ligne conductrice et à la quatrième ligne conductrice en des points d’accès du répartiteur de puissance dont des projections orthogonales sur le premier élément rayonnant sont distantes du troisième point d’excitation et du quatrième point d’excitation selon la première droite.
[0021] Avantageusement, les répartiteurs de puissance sont des répartiteurs de Wilkinson, chaque répartiteur de puissance comprenant deux branches en forme de S, s’écartant d’abord l’une de l’autre depuis le point de jonction jusqu’à deux parties puis se rapprochent l’une de l’autre jusqu’aux extrémités respectives d’une résistance par laquelle les branches sont connectées, puis s’écartant à nouveau l’une de l’autre pour rejoindre des points d’accès respectifs du répartiteur de puissance, les parties extrêmes étant distantes l’une de l’autre d’une distance supérieure à la distance séparant le point de jonction de la résistance.
[0022] Avantageusement, le premier répartiteur et le deuxième répartiteur sont séparés l’un de l’autre par une droite étant une projection orthogonale d’une bissectrice de la première droite et de la deuxième droite sur le plan des répartiteurs.
[0023] Avantageusement, le premier répartiteur et le deuxième répartiteur sont symétriques l’un de l’autre par rapport à la droite. En variante, le premier et le deuxième répartiteurs sont asymétriques par rapport à la droite.
[0024] Avantageusement, une surface délimitant le premier et le deuxième répartiteurs de puissance est sensiblement rectangulaire, chacun des premier et deuxième répartiteurs de puissance comprend une branche commune comprenant un point d’entrée sortie et étant reliée à deux branches, chacune des deux branches étant couplée à une des lignes conductrices via un point d’accès de la branche, une droite reliant les points d’accès de chaque répartiteur de puissance s’étendant parallèlement et à proximité d’un premier côté du rectangle et un point d’entrée/sortie du répartiteur de puissance étant plus proche d’un autre côté du rectangle parallèle au premier côté que ladite droite.
[0025] Avantageusement, le premier élément rayonnant comprend un centre, le premier point d’excitation et le deuxième point d’excitation étant positionnés de façon symétrique par rapport au centre, et le troisième point d’excitation et le quatrième point d’excitation étant positionnés de façon symétrique par rapport au centre.
[0026] Avantageusement, l’antenne élémentaire comprend un deuxième élément rayonnant superposé au premier élément rayonnant.
[0027] L’invention se rapporte également à une antenne réseau comprenant une pluralité d’antennes élémentaires selon l’invention.
[0028] Avantageusement, les antennes élémentaires forment un réseau d’antennes élémentaires.
[0029] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
[0030] [fig.l] la figure 1 représente schématiquement une vue éclatée d’un exemple d’antenne élémentaire selon l’invention comprenant des plans conducteurs empilés selon une direction d’empilement,
[0031] [fig-2] la figure 2 représente schématiquement ces plans conducteurs en coupe selon un plan parallèle à la direction d’empilement,
[0032] [fig.3] la figure 3 représente schématiquement une projection, sur le plan du premier élément rayonnant, des fentes et de lignes conductrices de l’antenne élémentaire des figures 1 et 2 ainsi que les projections des points d’accès et les points d’excitation,
[0033] [fig-4] la figure 4 représente un exemple de plan des répartiteurs de l’antenne élémentaire,
[0034] [fig.5] la figure 5 représente schématiquement des répartiteurs en T.
[0035] D’une figure à l’autre, les mêmes éléments sont repérés par les mêmes références.
[0036] L’invention se rapporte également à une antenne élémentaire ainsi qu’à une antenne réseau comprenant un réseau d’antennes élémentaires selon l’invention.
[0037] La figure 1 représente schématiquement une vue éclatée d’un exemple d’antenne élémentaire du type planaire aussi appelée antenne microruban.
[0038] L’antenne élémentaire est apte à être dans une configuration plane dans laquelle l’empilement comprend un empilement de couches sensiblement planes et perpendiculaires à une direction d’empilement représentée par l’axe z. L’antenne élémentaire peut être flexible et être apte à présenter une configuration courbe dans laquelle les couches sont courbes.
[0039] Dans la suite du texte, nous décrirons l’agencement de l’antenne dans sa configuration plane.
[0040] L’empilement comprend des plans conducteurs parallèles, espacés selon l’axe z qui leur est orthogonal. Une vue en coupe de l’antenne élémentaire est représentée en figure 2. Pour ne pas surcharger les figures 1 et 2, seuls les plans conducteurs sont représentés.
[0041] Des intervalles sont ménagés entre les plans conducteurs successifs. Ces intervalles comprennent chacun au moins une couche d’un substrat diélectrique qui peut, par exemple, être une couche d'air ou de mousse.
[0042] L’antenne élémentaire A comprend un dispositif rayonnant B de type double patch superposé, comprenant :
- un plan de masse intermédiaire supérieur 3 (par plan de masse, on entend un plan conducteur faisant office de plan de masse),
- un premier élément rayonnant 1 surmontant le plan de masse intermédiaire supérieur 3,
- un deuxième élément rayonnant 2 surmontant le premier élément rayonnant 1. [0043] Le premier élément rayonnant 1 est appelé pavé excité et le deuxième élément rayonnant 2, qui est couplé par proximité au premier élément rayonnant 1, est appelé pavé directeur. Le double patch superposé est ajusté pour réaliser un double résonateur. [0044] Chaque élément rayonnant 1, 2 est sous forme d’une plaque conductrice. Il présente, par exemple, une forme sensiblement rectangulaire comme représenté en figure 1. En variante, chaque élément rayonnant peut présenter une forme autre (carré, disque, etc.). Quelle que soit la géométrie de chaque élément rayonnant, il est possible d’y définir un centre.
[0045] Les éléments rayonnants 1, 2 sont agencés de sorte que le centre Cl du premier élément rayonnant est situé en regard du centre C2 du deuxième élément rayonnant, c'est-à-dire sur un même axe parallèle à la direction d’empilement représenté par l’axe z.
[0046] En variante, dans le cas d’une bande passante visée moindre, le dispositif rayonnant B comprend un seul élément rayonnant.
[0047] L’antenne élémentaire A comprend un dispositif d’excitation C couplé au dispositif rayonnant B de sorte à permettre d’exciter simultanément le dispositif rayonnant B selon deux polarisations linéaires orthogonales.
[0048] Le dispositif d’excitation C surmonte un plan de masse inférieur D.
[0049] Le dispositif d’excitation C comprend :
- un premier dispositif d’excitation élémentaire 11, vl, v2, LI, L2 configuré et couplé au premier élément rayonnant 1 de sorte à être apte à exciter une première paire de points d’excitation du premier élément rayonnant 1, la première paire comprenant un premier point d’excitation pl et un deuxième point d’excitation p2 disposés sur une première droite Dl du premier élément rayonnant 1,
- et un deuxième dispositif d’excitation élémentaire 21, v3, v4, L3, L4 configuré et couplé au premier élément rayonnant 1 de sorte à être apte exciter une deuxième paire de points d’excitation du premier élément rayonnant, la deuxième paire comprenant un troisième point d’excitation p3 et d’un quatrième point d’excitation p4 disposés sur une deuxième droite D2 du premier élément rayonnant 1.
[0050] Les droites Dl et D2 sont orthogonales entre elles et à l’axe z et passent par le centre Cl.
[0051] Les points pl et p2 sont symétriques l’un de l’autre par rapport au centre Cl et les points p3 et p4 sont symétriques l’un de l’autre par rapport au centre Cl.
[0052] Avantageusement, les points pl, p2, p3 et p4 sont situés à une même distance du centre Cl.
[0053] Comme visible en figures 1 et 2, l’invention consiste à diviser chaque dispositif d’excitation élémentaire en deux parties :
- deux lignes conductrices LI, L2 (ou L3, L4) couplées à la paire de points d’excitation pl, p2 (ou p3, p4) associée au dispositif d’excitation élémentaire,
- et un répartiteur de puissance 11 (ou 21) apte à répartir la puissance d’un signal d’entrée sur les deux lignes conductrices.
[0054] Comme visible en figures 1 et 3, chaque ligne conductrice Ll, L2, L3, ou L4 passe en regard du point d’excitation pl, p2, p3 ou p4, auquel elle est couplée. Autrement dit, une projection orthogonale de chaque ligne conductrice sur le plan du premier élément conducteur 1 passe par le point d’excitation auquel la ligne conductrice est couplée.
[0055] Selon l’invention, les deux répartiteurs de puissance 11 et 21 sont coplanaires, c'est-à-dire, placés ou gravés sur une même couche de substrat diélectrique.
[0056] Les lignes conductrices Ll, L2, L3 et L4 sont interposées entre le dispositif rayonnant B et les répartiteurs de puissance 11 et 21, selon la direction d’empilement z. Autrement dit, les lignes conductrices Ll, L2, L3 et L4 sont disposées dans des plans distants des répartiteurs de puissance 21, 22 selon l’axe d’empilement.
[0057] Cette séparation des répartiteurs de puissance et des lignes d’excitation laisse une plus grande liberté pour l’agencement des deux répartiteurs. Il n’est pas nécessaire que chaque répartiteur de puissance présente des points d’accès en regard des points d’excitation associé au répartiteur de puissance. Selon l’invention, ce sont les lignes conductrices qui doivent se situer en regard de ces points d’excitation pour pouvoir être couplées avec ces points.
[0058] Elle permet de choisir un agencement permettant de limiter les dimensions du dispositif de répartition de puissance B dans un plan perpendiculaire à la direction de l’empilement ce qui permet une mise en réseau serrée de l’antenne élémentaire.
[0059] Cette disposition est avantageuse pour la symétrie des chemins électriques destinés à exciter les deux paires de points ce qui est favorable à l’obtention d’un diagramme de rayonnement parfaitement stable et symétrique dans toute la bande de fréquences de travail. La disposition des deux répartiteurs de puissance sur un même plan (ou même couche) permet d’éviter l’installation de vias pour faire transiter le courant vers un des répartiteurs à travers une couche contenant l’autre répartiteur et de deux plans de masse entourant cet autre répartiteur. Cela permet de limiter la dissymétrie entre les branches d’excitation des deux paires de points.
[0060] Avantageusement, les répartiteurs de puissance sont séparés des lignes conductrices par un plan de masse dit plan de masse intermédiaire inférieur E ce qui permet de réaliser des structures de type triplaque (stripline).
[0061] Avantageusement, les dispositifs d’excitation élémentaires sont configurés et disposés de sorte que le deuxième dispositif d’excitation élémentaire est sensiblement obtenu par rotation du premier dispositif d’excitation élémentaire de 90° autour d’un axe parallèle à z et passant par Cl. Cette caractéristique permet d’obtenir une symétrie élevée entre les excitations des deux polarisations du fait de la symétrie des chemins électriques au sein des répartiteurs. Cela favorise la disposition coplanaire des répartiteurs avec un couplage minimal entre ces coupleurs en permettant notamment de prévoir des vias de blindage.
[0062] Afin de maximiser la symétrie de l’excitation, les deux répartiteurs de puissance sont symétriques l’un de l’autre par rapport à une droite DB qui est une projection orthogonale d’une bissectrice des droites Dl et D2 sur le plan des répartiteurs. Cette symétrie est une symétrie orthogonale. Cette solution permet également d’agencer des vias de blindage/découplage entre les deux répartiteurs de puissance 11 et 21 comme nous le verrons par la suite.
[0063] De façon plus générale, les deux répartiteurs de puissance sont séparés par la droite DB.
[0064] Par ailleurs, comme représenté en figures 1 et 3, les lignes conductrices sont linéaires. Les lignes conductrices LI et L2 sont perpendiculaires à Dl et les lignes L3 et L4 sont perpendiculaires à D2. L'orthogonalité entre les deux paires de lignes conductrices assure également un couplage minimal entre ces paires de lignes.
[0065] Il est à noter qu’afin d’éviter un croisement de lignes et de disposer les lignes dans un volume réduit, les lignes conductrices LI et L2 sont distantes des lignes L3 et L4 selon l’axe d’empilement z. Les lignes LI et L2 sont coplanaires et comprises dans un premier plan PI, perpendiculaire à la direction d’empilement z, et les lignes L3 et L4 sont coplanaires et comprises dans un deuxième plan P2, perpendiculaire à la direction d’empilement z, distant du premier plan PI selon la direction d’empilement z. Ainsi, le deuxième dispositif d’excitation élémentaire est sensiblement obtenu par rotation du premier dispositif d’excitation élémentaire de 90° autour d’un axe parallèle à z et passant par Cl. L’asymétrie résiduelle de l’excitation entre les deux paires de points d’excitation est limitée à la distance entre les deux plans portant les deux paires de lignes ce qui permet d’obtenir un diagramme de rayonnement très stable.
[0066] Les deux paires de lignes conductrices sont par exemple placées ou gravées sur les deux faces respectives d’un substrat diélectrique ou isolant. Avantageusement, l’épaisseur du substrat selon l’axe z est sensiblement l’épaisseur nécessaire et suffisante pour assurer l’isolation électrique entre les deux paires de lignes. L’épaisseur minimale de matériau diélectrique ou isolant permet de limiter l’asymétrie entre les excitations des deux paires de points d’excitation.
[0067] En variante, les lignes d’alimentation sont courbes.
[0068] En figure 4, chaque premier répartiteur est un répartiteur de Wilkinson.
[0069] Le premier répartiteur de puissance élémentaire 11 comprend trois branches dont une branche commune b et une première branche bl comprenant un point d’accès al relié électriquement à la ligne conductrice L1 par un via vl et une deuxième branche b2 comprenant un point d’accès a2 relié électriquement à la deuxième ligne conductrice L2 par un via v2.
[0070] Le deuxième répartiteur de puissance élémentaire 21 comprend trois branches dont une branche commune b’ et une première branche bl’ comprenant un point d’accès al’ relié électriquement à la ligne L3 par un via vl’ et une deuxième branche b2’ comprenant un point d’accès a2’ relié électriquement à la deuxième ligne L4 par un via v2’. Les vias vl, v2, vl’, v2’ s’étendent longitudinalement selon la direction d’empilement z comme visible sur les figures 1 et 2. Chaque via passe à travers le plan de masse intermédiaire inférieur E interposé entre les lignes conductrices et les répartiteurs de puissance 11, 21.
[0071] La branche commune b, b’ de chaque répartiteur élémentaire s’étend depuis un point d’entrée/sortie E/S, E/S’ sur lequel est destiné à être injecté le signal d’excitation jusqu’à un point de jonction J, J’ auquel sont reliées les deux branches bl et b2 ou bl’ et b2’.
[0072] Les répartiteurs étant des répartiteurs résistifs de Wilkinson, les deux branches bl et b2 ( bl’ et b2’) de chaque répartiteur présentent une forme de S, elles s’écartent d’abord l’une de l’autre depuis le point de jonction J (J’) jusqu’à deux parties extrême e et f (e’ et f’), puis se rapprochent l’une de l’autre jusqu’aux extrémités respectives d’une résistance R (R’) par laquelle elles sont connectées puis s’écartent à nouveau l’une de l’autre pour rejoindre les points d’accès respectifs al et a2 (al’ et a2’).
[0073] Avantageusement, afin de limiter la surface occupée par chaque répartiteur de puissance et permettre de positionner les deux répartiteurs de Wilkinson dans un même plan, les répartiteurs de Wilkinson sont aplatis.
[0074] Les parties extrêmes e et f sont distantes l’une de l’autre, selon Dl, d’une distance supérieure à la distance séparant le point de jonction de la résistance J selon la droite D2. Les parties extrêmes e’ et f’ sont distants l’une de l’autre, selon D2, d’une distance supérieure à la distance séparant le point de jonction de la résistance J’ selon la droite Dl.
[0075] Avantageusement, les branches blet b2 (bl’ et b2’) de chaque répartiteur 11 (21) comprennent chacune deux portions allongées rectilignes p, q et r, s (p’, q’ et r’, s’) sensiblement parallèles l’une à l’autre situées entre le point de jonction J (J’) et une des extrémités de la résistance.
[0076] En variante, les répartiteurs sont de type réactif, par exemple en T sont moins encombrants et plus simples à réaliser que les répartiteurs résistifs.
[0077] Des répartiteurs réactifs en T 31, 41 sont représentés en figure 5. Ils comprennent chacun une branche commune 34, 44 et deux branches 32, 33 et 42, 43 reliées à une branche commune. Les deux branches 32 et 33 (42 et 43) sont colinéaires. Toutefois, compte tenu de la bande de fréquence à réaliser, des phénomènes de résonances parasites entre les répartiteurs de puissance et les DPS, très étroites en fréquence, apparaissent, perturbant le fonctionnement du DPS à ces fréquences. L’utilisation d’un répartiteur résistif, par exemple, de type Wilkinson permet de limiter ces perturbations. Il permet d’obtenir un diagramme stable et de supprimer toute résonance parasite dans une large bande de fréquence.
[0078] En variante, l’implantation de coupleurs de type anneau (appelés « rat-race hybrid ring coupler » en terminologie anglo-saxonne) ou de type en échelle (appelés « line coupler » en terminologie anglo-saxonne) peut être envisagée mais ces coupleurs sont difficilement large bande.
[0079] De façon avantageuse, comme représenté en figure 3, chaque point d’accès al, a2, a3 ou a4 est en regard d’un point de sa ligne conductrice Ll, L2, L3, ou respectivement L4 qui est plus proche d’une des extrémités de la ligne conductrice Ll, L2, L3, ou respectivement L4, que la projection orthogonale du point d’excitation pl, p2, p3, ou respectivement p4, auquel est couplée la ligne conductrice Ll, L2, L3, ou respectivement L4, sur le plan de la ligne conductrice Ll, L2, L3, ou respectivement L4. Cela libère donc l’espace central, proche des paires de points d’excitation, pour installer les différentes branches des répartiteurs élémentaires en regard des éléments rayonnants et donc permettre la mise en réseau serrée de l’antenne élémentaire.
[0080] Avantageusement, chaque répartiteur de puissance 11, et respectivement 21, est configuré de sorte qu’un signal injecté sur sa branche commune se divise en deux signaux de même puissance et de même phase disponibles au niveau de ses deux points d’accès al, a2 et respectivement al’, a2’.
[0081] Les deux branches bl et b2 du premier répartiteur de puissance 11 sont donc symétriques l’une de l’autre par rapport à une projection, sur le plan des répartiteurs de puissance, d’une droite du premier élément rayonnant 1 passant par Cl et parallèle à D2. Les deux branches bl’ et b2’ du deuxième répartiteur de puissance 21 sont symétriques l’une de l’autre par rapport à une projection, sur le plan des répartiteurs de puissance, d’une droite du premier élément rayonnant 1 passant par Cl et parallèle à D2. Ainsi, les points de jonction J, J’ se trouvent chacun sur une de ces projections. Cette caractéristique favorise la symétrie de l’excitation.
[0082] Avantageusement, comme représenté en figure 4, au moins une portion de la branche commune b, b’ de chaque répartiteur de puissance 11,21, allongée dans le sens du point de jonction J, J’ vers le point d’entrée/sortie E/S ou E/S’, s’étend en regard des éléments rayonnants 1, 2.
[0083] Dans les modes de réalisation des figures 4 et 5, les éléments rayonnants sont délimités par une surface sensiblement rectangulaire, par exemple carrée, comprenant quatre côtés cl, c2, c3, c4 ; cl étant parallèle à c4 et c2 étant parallèle à c3.
[0084] La droite d reliant les points d’accès al, a2 du premier répartiteur de puissance 11 s’étend parallèlement et à proximité d’un premier côté cl du carré. La droite d’reliant les points d’accès al’, a2’ du deuxième répartiteur de puissance 21 s’étend parallèlement et à proximité de c2.
[0085] Avantageusement, le point de jonction J et le point d’entrée/ sortie E/S sont situés entre la droite d et le côté c4. Le point de jonction J’ et le point d’entrée/sortie sont situés entre la droite d’et le côté c3. Cette configuration est avantageuse pour la compacité du dispositif.
[0086] Avantageusement, le point d’entrée/sortie E/S est plus proche du côté c3 que les points al et a2 et le point d’entrée sortie E/S’ est plus proche du côté c4 que les points al’ et a2’.
[0087] Cela est également valable pour toute forme rectangle.
[0088] Avantageusement, afin de limiter le couplage électromagnétique, l’antenne élémentaire comprend, comme visible en figure 4, des plots de blindage s’étendant continûment depuis le plan de masse inférieur D jusqu’au plan de masse intermédiaire inférieur E. Ces plots ne sont pas représentés dans les autres figures pour plus de clarté. Ces plots comprennent plusieurs ensembles de plots de blindage espacés deux à deux d’une distance très inférieure à la longueur d’onde minimale des signaux hyperfréquence véhiculés par l’antenne élémentaire.
[0089] Ces plots de blindage comprennent des premiers plots de blindage 120 disposés et répartis entre les deux répartiteurs de façon à définir un blindage électromagnétique entre les deux répartiteurs de puissance 11 et 21.
[0090] Des deuxièmes plots de blindage 121, 121’ sont disposés entre chaque répartiteur 11 et 21 et les bords l’antenne élémentaire (dans un plan perpendiculaire à z) de façon à définir un blindage de l’excitation de l’antenne élémentaire par rapport aux antennes élémentaires voisines de l’antenne réseau et par rapport à l’extérieur de l’antenne réseau.
[0091] Des troisièmes plots de blindage 122, 122’ sont disposés entre la branche commune b, b’ et une des branches bl, bl’, de chaque répartiteur de puissance afin d’assurer un découplage entre ces deux branches.
[0092] Des quatrièmes plots de blindage 123, 123’ sont disposés autour des point d’accès al, a2, al’, a2’ pour former des milieux de transmission coaxiaux avec les vias vl, v2, vl’, v2’ correspondants. Ces plots sont, par exemple, disposés en cercle ou en arc de cercle.
[0093] Dans le cas non limitatif des répartiteurs de Wilkinson de la figure 4, des quatrièmes plots de blindage 124, 124’ sont disposés entre les deux portions p et q et entre les deux portions r et s et entre les deux portions p’ et q’ et entre les deux portions r’ et s’ pour assurer un blindage électromagnétique entre des branches.
[0094] Dans l’exemple non limitatif de la figure 1, le couplage entre le dispositif rayonnant B et le dispositif de répartition de puissance C est réalisé par fente. A cet effet, l’antenne élémentaire A comprend un ensemble de fentes Fl, F2, qui sont par exemple des rectangles oblongs, ouvertes dans le plan de masse intermédiaire supérieur 3. L’ensemble de fentes comprend :
- un premier ensemble élémentaire d’au moins une fente Fl s’étendant linéairement en regard de Dl et faisant face aux points d’excitation pl et p2 de la première paire de points d’excitation,
- un deuxième ensemble élémentaire d’au moins une fente F2 s’étendant linéairement en regard de D2 et faisant face aux points d’excitation p3 et p4 de la deuxième paire de points d’excitation.
[0095] Avantageusement, mais non nécessairement, chaque ensemble élémentaire d’au moins une fente est symétrique par rapport à un point situé en regard du centre Cl sur l’axe z.
[0096] Dans l’exemple non limitatif de la figure 1, l’ensemble de fentes ouvertes dans le plan de masse intermédiaire supérieur 3 comprend une fente cruciforme F. La fente cruciforme F est formée de deux fentes linéaires orthogonales Fl et F2 se croisant en regard du centre Cl.
[0097] D’autres types de couplage sont envisageables. Le couplage est, par exemple, réalisé vias reliant électriquement et mécaniquement le dispositif rayonnant A et le dispositif de répartition de puissance B. Ces solutions sont plus volumineuses.
[0098] Il est à noter que les dispositifs d’excitation sont susceptibles d’être utilisés en réception pour assurer la réception des signaux polarisés selon Dl et D2 et les transmettre sur les entrées sorties E/S et E/S’.
Claims (1)
- [Revendication 1]RevendicationsAntenne élémentaire (1) du type microruban, comprenant un empilement de couches, l’antenne élémentaire étant apte à être dans une configuration plane dans laquelle les couches sont sensiblement planes et perpendiculaires à un axe d’empilement (z) selon lequel les couches sont empilées, l’empilement comprenant un premier élément rayonnant conducteur (1) et un dispositif d’excitation (C) couplé au premier élément rayonnant (1) de sorte à permettre d’exciter l’élément rayonnant (1) selon deux polarisations linéaires orthogonales, le dispositif d’excitation (C) comprenant :- un premier dispositif d’excitation élémentaire configuré et couplé au premier élément rayonnant (1) de sorte à être apte exciter une première paire de points d’excitation formée d’un premier point d’excitation (pl) et d’un deuxième point d’excitation (p2) disposés sur une première droite (Dl) du premier élément rayonnant (1), le premier dispositif d’excitation élémentaire comprenant une première ligne conductrice (Ll), une deuxième ligne conductrice (L2) et un premier répartiteur de puissance (11) apte à répartir une puissance d’un signal d’entrée reçu en un point d’entrée/sortie (E/S) du premier répartiteur de puissance (11) sur la première ligne conductrice (Ll) et la deuxième ligne conductrice (L2),- un deuxième dispositif d’excitation élémentaire configuré et couplé au premier élément rayonnant (1) de sorte à être apte exciter une deuxième paire de points d’excitation formée d’un troisième point d’excitation (p3) et d’un quatrième point d’excitation (p4) disposés sur une deuxième droite (D2) du premier élément rayonnant (1), le deuxième dispositif d’excitation élémentaire comprenant une troisième ligne conductrice (L3), une quatrième ligne conductrice (L4) et un deuxième répartiteur de puissance (21) apte à répartir une puissance d’un signal d’entrée reçu en un point d’entrée/sortie (E/S’) du deuxième répartiteur de puissance (21) sur la troisième ligne conductrice (L3) et la quatrième ligne conductrice (L4), les première, deuxième, troisième et quatrième lignes conductrices étant interposées entre le premier élément rayonnant (1) et les premier et deuxième répartiteurs de puissance (11, 21), selon l’axe d’empilement (z), le premier répartiteur de puissance (11) et le deuxième répartiteur de puissance (21) étant coplanaires.
[Revendication 2] Antenne élémentaire (1) selon la revendication 1, dans laquelle la première ligne conductrice (Ll) est en regard du premier point d’excitation (pl), la deuxième ligne conductrice (L2) est en regard du deuxième point d’excitation (p2), la troisième ligne conductrice (L3) est en regard du troisième point d’excitation (p3) et la quatrième ligne conductrice (L4) est en regard du quatrième point d’excitation (p4). [Revendication 3] Antenne élémentaire (1) selon la revendication précédente, dans laquelle la première ligne conductrice (Ll) et la deuxième ligne conductrice s’étendent linéairement perpendiculairement à la première droite (Dl), et dans laquelle la troisième ligne conductrice (Ll) et la quatrième ligne conductrice s’étendant linéairement perpendiculairement à la deuxième droite (D2). [Revendication 4] Antenne élémentaire selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la première ligne conductrice (Ll) et la deuxième ligne conductrice (L2) sont coplanaires, la troisième ligne conductrice (L3) et la quatrième ligne conductrice (L4) étant coplanaires et distantes de la première ligne conductrice (Ll) et de la deuxième ligne conductrice (L2) selon la direction d’empilement (z). [Revendication 5] Antenne élémentaire selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le premier répartiteur de puissance (11) est relié à la première ligne conductrice (Ll) et à la deuxième ligne conductrice (L2) en des points d’accès du répartiteur de puissance dont des projections orthogonales sur le premier élément rayonnant (11) sont distantes du premier point d’excitation (pl) et du deuxième point d’excitation (p2) selon la deuxième droite (D2), et dans laquelle le deuxième répartiteur de puissance est relié à la troisième ligne conductrice (L3) et à la quatrième ligne conductrice (L4) en des points d’accès du répartiteur de puissance dont des projections orthogonales sur le premier élément rayonnant (11) sont distantes du troisième point d’excitation (p3) et du quatrième point d’excitation (p4) selon la première droite (Dl). [Revendication 6] Antenne élémentaire selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les répartiteurs de puissance sont des répartiteurs de Wilkinson, chaque répartiteur de puissance comprenant deux branches en forme de S, s’écartant d’abord l’une de l’autre depuis le point de jonction jusqu’à deux parties puis se rapprochent l’une de l’autre jusqu’aux extrémités respectives d’une résistance (R) par laquelle les branches sont connectées, puis s’écartant à nouveau l’une de l’autre pour rejoindre des points d’accès respectifs du répartiteur de puissance, les parties extrêmes étant distantes l’une de l’autre d’une distance supérieure à la distance séparant le point de jonction (J) de la résistance (R). [Revendication 7] Antenne élémentaire (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier répartiteur (11) et le deuxième répartiteur (21) sont séparés l’un de l’autre par une droite (DB) étant une projection orthogonale d’une bissectrice de la première droite (Dl) et de la deuxième droite (D2) sur le plan des répartiteurs. [Revendication 8] Antenne élémentaire (1) selon la revendication précédente, dans laquelle le premier répartiteur (11) et le deuxième répartiteur (21) sont symétriques l’un de l’autre par rapport à la droite (DB). [Revendication 9] Antenne élémentaire selon l’une quelconque des revendications précédentes, une surface délimitant le premier et le deuxième répartiteurs de puissance est sensiblement rectangulaire, chacun des premier et deuxième répartiteurs de puissance (11) comprend une branche commune (b) comprenant un point d’entrée sortie et étant reliée à deux branches, chacune des deux branches étant couplée à une des lignes conductrices via un point d’accès de la branche, une droite reliant les points d’accès de chaque répartiteur de puissance s’étendant parallèlement et à proximité d’un premier côté du rectangle et un point d’entrée/sortie du répartiteur de puissance étant plus proche d’un autre côté du rectangle parallèle au premier côté que ladite droite. [Revendication 10] Antenne élémentaire selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le premier élément rayonnant comprend un centre (Cl), le premier point d’excitation (pl) et le deuxième point d’excitation (p2) étant positionnés de façon symétrique par rapport au centre (Cl), et le troisième point d’excitation (p3) et le quatrième point d’excitation (p4) étant positionnés de façon symétrique par rapport au centre (Cl). [Revendication 11] Antenne élémentaire (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un deuxième élément rayonnant superposé au premier élément rayonnant. [Revendication 12] Antenne réseau comprenant une pluralité d’antennes élémentaires selon l’une quelconque des revendications précédentes. 1/3
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| YONG-XIN GUO ET AL: "Wideband Circularly Polarized Patch Antenna Using Broadband Baluns", IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US, vol. 56, no. 2, 7 February 2008 (2008-02-07), pages 319 - 326, XP011201019, ISSN: 0018-926X, DOI: 10.1109/TAP.2007.915427 * |
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