FR3121287A1 - MULTI-BEAM ANTENNA IN PROGRESSIVE MODE - Google Patents

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FR3121287A1
FR3121287A1 FR2103019A FR2103019A FR3121287A1 FR 3121287 A1 FR3121287 A1 FR 3121287A1 FR 2103019 A FR2103019 A FR 2103019A FR 2103019 A FR2103019 A FR 2103019A FR 3121287 A1 FR3121287 A1 FR 3121287A1
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progressive mode
electromagnetic wave
array antenna
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FR2103019A
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Gwenaël MORVAN
Christian Renard
Eric Renaud
Grégoire Pillet
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Thales SA
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Thales SA
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Abstract

L’invention concerne une antenne réseau en mode progressif et le système antennaire associé comprenant : un réseau d’éléments rayonnants (711, 712, 7M1, 7MN) répartis sur M lignes parallèles (701, 702, 70M):un premier moyen d’alimentation (721) couplé à la première extrémité des M lignes de manière à leur transmettre une onde électromagnétique en mode progressif selon deux directions, et permettant à l’antenne réseau de rayonner selon une première direction [α, β] et selon une deuxième direction [α, -β],un deuxième moyen d’alimentation (731) couplé à la deuxième extrémité de L lignes (733) de manière à leur transmettre une onde électromagnétique en mode progressif, et permettant à l’antenne réseau de rayonner selon au moins une troisième direction [γ, δ], avec γ différent de α et/ou δ différent de β. Figure pour l’abrégé : Fig. 7The invention relates to an array antenna in progressive mode and the associated antenna system comprising: an array of radiating elements (711, 712, 7M1, 7MN) distributed over M parallel lines (701, 702, 70M):a first means of power supply (721) coupled to the first end of the M lines so as to transmit to them an electromagnetic wave in progressive mode in two directions, and allowing the array antenna to radiate in a first direction [α, β] and in a second direction [α, -β],a second feed means (731) coupled to the second end of L lines (733) so as to transmit an electromagnetic wave to them in progressive mode, and allowing the array antenna to radiate according to the least a third direction [γ, δ], with γ different from α and/or δ different from β. Figure for the abstract: Fig. 7

Description

ANTENNE MULTI-FAISCEAUX EN MODE PROGRESSIFMULTI-BEAM ANTENNA IN PROGRESSIVE MODE

L’invention se situe dans le domaine technique des antennes réseau en mode progressif, utilisées en particulier dans le domaine des Radars Doppler de Navigation (RDN).The invention lies in the technical field of network antennas in progressive mode, used in particular in the field of Navigation Doppler Radars (RDN).

Les radars de type radar Doppler de navigation utilisent des antennes positionnées sous un aéronef (par exemple un hélicoptère) capables de rayonner plusieurs faisceaux dépointés suivant l’axe de déplacement de l’aéronef d’une part et suivant l’angle de dépression (axe transverse) d’autre part. Le système radar exploite alors les données issues de la détermination des décalages fréquentiels Doppler pour chacun des faisceaux analysés en commutations successives. Pour cela, il est d’usage d’utiliser des antennes réseau en mode progressif, dont la configuration permet naturellement et à faible coût d’obtenir un faisceau dépointé selon plusieurs directions.Radars of the navigation Doppler radar type use antennas positioned under an aircraft (for example a helicopter) capable of radiating several beams off-center along the axis of movement of the aircraft on the one hand and along the angle of depression (axis transverse) on the other hand. The radar system then uses the data resulting from the determination of the Doppler frequency shifts for each of the beams analyzed in successive switchings. For this, it is customary to use network antennas in progressive mode, the configuration of which naturally and at low cost makes it possible to obtain a beam depointed in several directions.

Une antenne réseau opérant en mode progressif est constituée d’un ensemble d’éléments rayonnants disposés en cascade et excités successivement par une onde électromagnétique. Elle peut par exemple prendre la forme d’un ou plusieurs guides d’ondes rectangulaires rayonnant par des fentes excitées au fur et à mesure de la progression de l’onde électromagnétique à l’intérieur du ou des guides d’onde, d’une extrémité de ceux-ci vers l’autre extrémité, ou de toute autre structure au sein de laquelle progresse une onde électromagnétique, par exemple une antenne imprimée à patchs reliés par des pistes conductrices. La suite de la description fait référence à une antenne réseau constituée d’un ou plusieurs guides d’ondes rectangulaire comprenant des fentes inclinés alternativement, mais l’invention s’applique de manière identique en considérant d’autres types de milieux de propagation guidée et d’autres types d’éléments rayonnants, comme par exemple des guides d’onde rectangulaires ou non, à fentes inclinées ou non, une antenne imprimée à patchs ou à fentes dans lequel la topologie de la ligne imprimée d’excitation des patchs ou des fentes génère la progression de phase, etc… qui se comportent de manière comparable.An array antenna operating in progressive mode consists of a set of radiating elements arranged in cascade and successively excited by an electromagnetic wave. It can for example take the form of one or more rectangular waveguides radiating through slots excited as the electromagnetic wave progresses inside the waveguide(s), from a end of these towards the other end, or any other structure within which an electromagnetic wave progresses, for example an antenna printed with patches connected by conductive tracks. The rest of the description refers to an array antenna consisting of one or more rectangular waveguides comprising alternately inclined slots, but the invention applies in the same way by considering other types of guided propagation media and other types of radiating elements, such as for example rectangular or non-rectangular waveguides, with or without inclined slots, a printed patch or slot antenna in which the topology of the printed excitation line of the patches or slits generate phase progression, etc… which behave comparably.

Par la suite, le fonctionnement des antennes réseau en mode progressif est d’abord décrit en limitant l’antenne à un réseau linéaire d’éléments rayonnants, afin de faciliter la compréhension, puis pour une antenne constitué d’une pluralité de réseaux linéaires d’éléments rayonnants.Subsequently, the operation of array antennas in progressive mode is first described by limiting the antenna to a linear array of radiating elements, in order to facilitate understanding, then for an antenna consisting of a plurality of linear arrays of radiating elements.

Soit λ0la longueur d’onde dans l’air du signal électromagnétique à la fréquence de travail, λGrayla longueur d’onde guidée dans le guide d’onde et Δx l’espacement entre les fentes inclinées (avec Δx < λ0). Si toutes les fentes sont disposées avec un sens d’inclinaison alterné, et en prenant Δx = λGray/2 + δx, alors le déphasage Δϕ entre des sources (fentes) adjacentes vaut Δϕ = π + π.δx / λGray.Let λ 0 be the wavelength in the air of the electromagnetic signal at the working frequency, λ Gray the wavelength guided in the waveguide and Δx the spacing between the inclined slots (with Δx < λ 0 ). If all the slots are arranged with an alternate direction of inclination, and taking Δx = λ Gray /2 + δx, then the phase shift Δϕ between adjacent sources (slots) is equal to Δϕ = π + π.δx / λ Gray .

Ainsi, une antenne directive peut être formée par un guide d’onde rectangulaire comprenant des fentes inclinées et régulièrement espacées. En dimensionnant le guide d’onde et les fentes pour qu’une onde électromagnétique injectée par une des extrémités du guide s’y propage avec une différence de phase Δϕ entre deux fentes consécutives espacées d’une distance Δx, le pointage angulaire du faisceau formé par l’antenne linéaire (compté à partir de la normale au réseau) vaut alors α tel que Δϕ = 2π.Δx. sin α / λ0.Thus, a directional antenna can be formed by a rectangular waveguide comprising inclined and regularly spaced slots. By dimensioning the waveguide and the slots so that an electromagnetic wave injected by one of the ends of the guide propagates therein with a phase difference Δϕ between two consecutive slots spaced apart by a distance Δx, the angular pointing of the beam formed by the linear antenna (counted from the normal to the array) is then α such that Δϕ = 2π.Δx. sin α / λ 0 .

La représente schématiquement la propagation d’une onde électromagnétique au sein d’un réseau linéaire de N éléments rayonnants 101 à 10N. Une onde électromagnétique de puissance Pinest introduite en 111 sur une extrémité du milieu de propagation guidé (guide d’onde) où elle se propage. En croisant l’élément rayonnant 101, elle génère un champ électromagnétique de puissance Prayqui dépend de la structure de l’élément rayonnant.L’énergie non rayonnée de l’onde se propage en 112 vers l’élément rayonnant 102 avec un niveau de puissance Pin– Pray, et ainsi de suite, l’onde se propageant dans le guide d’onde en perdant de la puissance à chaque fois qu’elle rencontre un élément rayonnant. Le champ généré est rayonné entre deux éléments rayonnants adjacents avec un pas de phase Δϕ. Typiquement, l’antenne est calculée de sorte que, lorsque l’onde électromagnétique rencontre le dernier élément rayonnant 10N, elle lui fournisse la plus grande partie de la puissance résiduelle qu’elle transporte puisque la puissance non émise sur le guide rayonnant est perdue. Une charge 120 est positionnée à l’extrémité du milieu de propagation guidé afin d’absorber le reliquat de puissance non rayonnée, correspondant typiquement à quelques pourcents de la puissance de départ Pin.The schematically represents the propagation of an electromagnetic wave within a linear network of N radiating elements 101 to 10N. An electromagnetic wave of power P in is introduced at 111 on one end of the guided propagation medium (waveguide) where it propagates. By crossing the radiating element 101, it generates an electromagnetic field of power P ray which depends on the structure of the radiating element . The non-radiated energy of the wave propagates at 112 towards the radiating element 102 with a power level P in – P ray , and so on, the wave propagating in the waveguide while losing power. power each time it encounters a radiant element. The field generated is radiated between two adjacent radiating elements with a phase step Δϕ. Typically, the antenna is calculated so that, when the electromagnetic wave encounters the last 10N radiating element, it provides it with the greater part of the residual power that it carries since the power not emitted on the radiating guide is lost. A load 120 is positioned at the end of the guided propagation medium in order to absorb the remaining non-radiated power, typically corresponding to a few percent of the starting power P in .

La représente schématiquement le dépointage angulaire d’une onde électromagnétique rayonnée par un réseau linéaire selon l’état de l’art opérant en mode progressif.The schematically represents the angular misalignment of an electromagnetic wave radiated by a linear network according to the state of the art operating in progressive mode.

Comme indiqué précédemment, en introduisant une onde électromagnétique 201 par une première extrémité d’un guide d’onde 202, le champ électromagnétique rayonné 203 est orienté dans une direction angulaire α qui est fonction de λ0, de λGrayet de la distance entre les éléments rayonnants. Par symétrie, en introduisant une onde électromagnétique 211 par l’autre extrémité du guide d’onde 202, le champ électromagnétique rayonné 212 est orienté dans la direction opposée, à savoir dans la direction angulaire -α. Ainsi, en commutant excitation (Pin) et charge, les phases progressent dans un sens ou dans le sens inverse, et le faisceau de l’antenne est orienté suivant un angle ou suivant son opposé.As indicated above, by introducing an electromagnetic wave 201 through a first end of a waveguide 202, the radiated electromagnetic field 203 is oriented in an angular direction α which is a function of λ 0 , λ Gray and the distance between the radiating elements. By symmetry, by introducing an electromagnetic wave 211 through the other end of the waveguide 202, the radiated electromagnetic field 212 is oriented in the opposite direction, namely in the angular direction −α. Thus, by switching excitation (P in ) and load, the phases progress in one direction or in the opposite direction, and the beam of the antenna is oriented according to an angle or according to its opposite.

Ce qui vient d’être présenté pour un réseau linéaire d’éléments rayonnants peut être appliqué plus largement au cas d’une antenne comprenant une pluralité M de réseaux linéaires d’éléments rayonnants mis en réseau.What has just been presented for a linear array of radiating elements can be applied more broadly to the case of an antenna comprising a plurality M of linear arrays of radiating elements placed in a network.

La représente une antenne réseau en mode progressif en technologie imprimée selon l’état de l’art, décrite dans le brevet GB 1.503.664 A. L’antenne comprend une piste d’alimentation 301 excitant en mode progressif et en cascade M pistes rayonnantes telles que la piste 302 positionnées en parallèle. Chacune des M pistes rayonnantes excite en cascade et en mode progressif N fentes rayonnantes 303. Chaque piste rayonnante est terminée par une charge 304. L’ensemble forme une antenne à M réseaux linéaires en mode progressif alimentés en mode progressif.The represents an array antenna in progressive mode in printed technology according to the state of the art, described in patent GB 1,503,664 A. The antenna comprises a feed track 301 exciting in progressive mode and in cascade M radiating tracks such than track 302 positioned in parallel. Each of the M radiating tracks excites in cascade and in progressive mode N radiating slots 303. Each radiating track is terminated by a load 304. The assembly forms an antenna with M linear arrays in progressive mode fed in progressive mode.

L’écartement Δy entre les pistes rayonnantes 302 est calculé pour qu’une onde électromagnétique injectée par une extrémité de la piste d’alimentation 301 se propage avec une différence de phase Δψ entre deux pistes rayonnantes consécutives. Ainsi, l’onde se propage le long de la piste d’alimentation 301 et génère au niveau de chaque piste rayonnante qu’elle rencontre un champ couplé avec un pas de phase Δψ aux pistes rayonnantes adjacentes. L’onde résiduelle poursuit sa progression sur la piste d’alimentation, en perdant de la puissance à chaque fois qu’elle rencontre une piste rayonnante et lui fournit de la puissance. Généralement, l’antenne est dimensionnée de manière à ce que, lorsque la piste d’alimentation rencontre la dernière piste rayonnante, l’onde lui fournisse le plus gros du reste de la puissance qu’elle transporte, le reliquat de puissance étant envoyé sur une charge positionnée sur l’autre extrémité de la piste d’alimentation.The spacing Δy between the radiating tracks 302 is calculated so that an electromagnetic wave injected by one end of the supply track 301 propagates with a phase difference Δψ between two consecutive radiating tracks. Thus, the wave propagates along the supply track 301 and generates at each radiating track that it encounters a field coupled with a phase step Δψ to the adjacent radiating tracks. The residual wave continues to progress down the feeder track, losing power each time it encounters a radiating track and supplies power to it. Typically, the antenna is sized so that when the feed track meets the last radiating track, the wave supplies it with most of the rest of the power it carries, with the remainder of the power being sent over a load positioned on the other end of the feed track.

Soit λ0la longueur d’onde dans l’air du signal électromagnétique à la fréquence de travail, λGa limla longueur d’onde guidée dans la piste d’alimentation et Δy l’espacement entre les pistes rayonnantes (avec Δy < λ0). En prenant Δy = λGalim/2 + δy, alors le déphasage Δψ entre des pistes rayonnantes adjacentes vaut Δψ = π + π.δy / λG Alim. Le faisceau rayonné est donc incliné d’un angle β compté à partir de la normale au réseau tel que Δψ = 2.π.Δy.sin(β) / λ0.Let λ 0 be the wavelength in the air of the electromagnetic signal at the working frequency, λ Ga lim the wavelength guided in the supply track and Δy the spacing between the radiating tracks (with Δy < λ 0 ). By taking Δy = λ Galim /2 + δy, then the phase shift Δψ between adjacent radiating tracks is equal to Δψ = π + π.δy / λ G Alim . The radiated beam is therefore inclined by an angle β counted from the normal to the grating such that Δψ=2.π.Δy.sin(β)/λ 0 .

En positionnant les pistes rayonnantes perpendiculairement à la piste d’alimentation, il est alors possible de combiner les deux effets afin de dépointer le faisceau dans la direction [α, β].By positioning the radiating tracks perpendicular to the feed track, it is then possible to combine the two effects in order to depoint the beam in the direction [α, β].

En intervertissant les extrémités par lesquels sont alimentés les guides rayonnants et les guides d’alimentation, comme c’est fait par exemple à la par l’ajout d’une piste d’alimentation supplémentaire 305 et la possibilité d’alimenter les pistes d’alimentations 301 et 305 par leurs deux extrémités, il est possible de dépointer le faisceau de l’antenne alternativement dans les directions [±α, ±β], ce qui permet d’obtenir quatre faisceaux dépointés selon deux axes perpendiculaires.By inverting the ends through which the radiating guides and the feed guides are fed, as is done for example at the by adding an additional power supply track 305 and the possibility of powering the power supply tracks 301 and 305 via their two ends, it is possible to depoint the antenna beam alternately in the directions [±α , ±β], which makes it possible to obtain four beams defocused along two perpendicular axes.

La représente le réseau d’éléments rayonnants d’une antenne réseau en mode progressif selon l’état de l’art. Elle est composée d’une série de M=8 guides d’onde rectangulaires parallèles 401 à 408, chaque guide d’onde comprenant N fentes inclinées alternées 410 ouvertes sur son petit côté. Les M guides d’ondes sont chacun alimentés par une entrée 411 destinée à être reliée à la sortie d’un guide d’onde à N sorties régulièrement espacées réalisant la fonction de guide d’alimentation en mode progressif des M guides d’onde 401 à 408.The represents the array of radiating elements of an array antenna in progressive mode according to the state of the art. It is composed of a series of M=8 parallel rectangular waveguides 401 to 408, each waveguide comprising N alternate inclined slots 410 open on its short side. The M waveguides are each fed by an input 411 intended to be connected to the output of a waveguide with N regularly spaced outputs performing the function of power guide in progressive mode of the M waveguides 401 at 408.

Les guides d’ondes rayonnants et les guides d’onde d’alimentation peuvent être reliés entre eux par différents moyens de couplage connus de l’homme du métier, comme par exemple sur la par des câbles coaxiaux 411.The radiating waveguides and the supply waveguides can be interconnected by various coupling means known to those skilled in the art, such as for example on the by coaxial cables 411.

La représente d’autres moyens de couplage entre un guide d’alimentation et des guides rayonnants dans une antenne réseau en mode progressif. Le guide d’alimentation 501 comprend des fentes inclinées régulièrement espacées et ouvertes sur son petit côté. Il vient s’encastrer sur chaque guide rayonnant 502 dans la zone 503 de manière à ce que la fente inclinée soit opposée à une fente inclinée pratiquée à une extrémité du guide d’onde 503. De cette manière, le guide d’alimentation 501 va exciter en cascade et en mode progressif chacun des guides rayonnants 502. Le guide d’alimentation peut être alimenté par un câble coaxial 504.The shows other means of coupling between a feed guide and radiating guides in an array antenna in progressive mode. Feed guide 501 includes regularly spaced angled slots open on its short side. It is embedded on each radiating guide 502 in the zone 503 so that the inclined slot is opposite an inclined slot made at one end of the waveguide 503. In this way, the feed guide 501 will excite in cascade and in progressive mode each of the radiating guides 502. The power guide can be powered by a coaxial cable 504.

L’invention décrite ci-après s’applique quels que soient les moyens de couplage entre guides d’alimentation et guides rayonnants.The invention described below applies regardless of the means of coupling between supply guides and radiating guides.

Les antennes réseau en mode progressif selon l’invention permettent de générer successivement plusieurs faisceaux (un à quatre selon le nombre de guides d’alimentation et la capacité à les alimenter par leurs deux extrémités) utilisables par un radar, par exemple un radar Doppler de navigation pour détecter la position d’un aéronef par rapport au sol. La représente les faisceaux générés par un aéronef 601 équipé d’une antenne réseau en mode progressif à deux dimensions alimentées en double excitation selon l’état de l’art, configurée pour rayonner selon quatre faisceaux symétriques 611 à 614 orientés selon des angles [±α, ±β] par rapport à la normale.The array antennas in progressive mode according to the invention make it possible to successively generate several beams (one to four depending on the number of feed guides and the capacity to feed them by their two ends) usable by a radar, for example a Doppler radar of navigation to detect the position of an aircraft relative to the ground. The represents the beams generated by an aircraft 601 equipped with a two-dimensional progressive mode array antenna fed in double excitation according to the state of the art, configured to radiate according to four symmetrical beams 611 to 614 oriented at angles [±α , ±β] relative to normal.

La direction des faisceaux est limitée à une combinaison des angles α et β. Cependant, il peut s’avérer utile d’être en capacité d’émettre et de recevoir des signaux radioélectriques dans des directions autres que celles accessibles avec les solutions antennaires actuelles, par exemple pour mettre en œuvre des traitements supplémentaires divers sur les signaux acquis par l’antenne dans directions ne relevant pas d’une combinaison de α et β. Cela s’avère impossible avec les antennes réseau en mode progressif selon l’état de l’art puisque leur structure figée ne leur permet pas de rayonner dans des faisceaux selon des directions autres que les directions α et β liées à l’écartement des fentes et la distance entre les réseaux linéaires d’éléments rayonnants.The direction of the beams is limited to a combination of the angles α and β. However, it may prove useful to be able to transmit and receive radio signals in directions other than those accessible with current antenna solutions, for example to implement various additional processing operations on the signals acquired by the antenna in directions not falling under a combination of α and β. This proves impossible with network antennas in progressive mode according to the state of the art since their fixed structure does not allow them to radiate in beams according to directions other than the directions α and β linked to the spacing of the slots and the distance between the linear arrays of radiating elements.

Une solution simple au problème posé serait de positionner côte à côte deux antennes réseau en mode progressif physiquement séparées et positionnées tête-bêche, alimentées chacune par une extrémité et configurées pour avoir des faisceaux dans les directions appropriées. Cela nécessite d’insérer entre les deux antennes des charges permettant d’absorber les résidus de puissance, ce qui est difficile à réaliser puisqu’il est impossible d’insérer simplement des charges au milieu de guides d’ondes. En outre, les contraintes de surface exercées sur les antennes, en particulier lorsqu’elles sont embarquées sur des aéronefs, sont importantes, et cette solution est sous-optimale en termes de surface consommée.A simple solution to the problem posed would be to position two physically separate progressive mode array antennas side by side, positioned head-to-tail, each fed from one end and configured to have beams in the appropriate directions. This requires inserting loads between the two antennas to absorb the power residues, which is difficult to achieve since it is impossible to simply insert loads in the middle of the waveguides. Moreover, the surface constraints exerted on the antennas, in particular when they are embarked on aircrafts, are important, and this solution is sub-optimal in terms of consumed surface.

Un objet de l’invention est donc de permettre la mise en œuvre d’une antenne réseau en mode progressif dont le faisceau peut être orienté selon deux premières directions complémentaires, et selon au moins une direction supplémentaire décorrélée des deux premières directions, la solution proposée devant être simple à mettre en œuvre et peu encombrante.An object of the invention is therefore to allow the implementation of an array antenna in progressive mode whose beam can be oriented along two first complementary directions, and along at least one additional direction decorrelated from the two first directions, the proposed solution must be simple to implement and not cumbersome.

A cet effet, la présente invention décrit une antenne réseau en mode progressif comprenant un réseau d’éléments rayonnants répartis sur M lignes parallèles régulièrement espacées, avec M supérieur ou égal à 1, les lignes du réseau d’éléments rayonnants comprenant une première extrémité d’un côté du réseau d’éléments rayonnants et une deuxième extrémité de l’autre côté du réseau d’éléments rayonnants, les éléments rayonnants de chacune des M lignes étant reliés de sorte qu’une onde électromagnétique transmise par une extrémité de la ligne puisse exciter l’ensemble des éléments rayonnants de la ligne à partir de ladite extrémité. L’antenne réseau selon l’invention comprend en outre :

  • un premier moyen d’alimentation couplé à la première extrémité des M lignes du réseau d’éléments rayonnants par des premiers moyens de couplage de manière à pouvoir transmettre en mode progressif selon deux directions une onde électromagnétique par chacune des M lignes du réseau d’éléments rayonnants, le premier moyen d’alimentation, les premiers moyens de couplage et au moins un des éléments rayonnants de chacune des M lignes étant configurés de manière à ce que l’antenne réseau puisse rayonner selon une première direction [α, β] et selon une deuxième direction [α, -β], avec α et β respectivement deux angles de dépointage par rapport à la normale de l’antenne réseau dans des directions orthogonales,
  • un deuxième moyen d’alimentation couplé à la deuxième extrémité de L lignes du réseau d’éléments rayonnants par des deuxièmes moyens de couplage de manière à pouvoir transmettre en mode progressif une onde électromagnétique par chacune des L lignes du réseau d’éléments rayonnants, avec L inférieur ou égal à M, le deuxième moyen d’alimentation, les deuxièmes moyens de couplage et au moins un des éléments rayonnants de chacune des L lignes étant configurés de manière à ce que l’antenne réseau puisse rayonner selon au moins une troisième direction [γ, δ], avec γ et δ respectivement deux angles de dépointage par rapport à la normale de l’antenne réseau dans lesdites directions orthogonales,
dans laquelle γ est différent de α et/ou δ est différent de βTo this end, the present invention describes an array antenna in progressive mode comprising an array of radiating elements distributed over M regularly spaced parallel lines, with M greater than or equal to 1, the lines of the array of radiating elements comprising a first end d one side of the array of radiating elements and a second end on the other side of the array of radiating elements, the radiating elements of each of the M lines being connected so that an electromagnetic wave transmitted by one end of the line can excite all the radiating elements of the line from said end. The array antenna according to the invention further comprises:
  • a first supply means coupled to the first end of the M lines of the array of radiating elements by first coupling means so as to be able to transmit in progressive mode in two directions an electromagnetic wave by each of the M lines of the array of elements radiating elements, the first feed means, the first coupling means and at least one of the radiating elements of each of the M lines being configured so that the array antenna can radiate in a first direction [α, β] and in a second direction [α, -β], with α and β respectively two depointing angles relative to the normal of the array antenna in orthogonal directions,
  • a second power supply means coupled to the second end of L lines of the array of radiating elements by second coupling means so as to be able to transmit in progressive mode an electromagnetic wave by each of the L lines of the array of radiating elements, with L less than or equal to M, the second feed means, the second coupling means and at least one of the radiating elements of each of the L lines being configured so that the array antenna can radiate in at least a third direction [γ, δ], with γ and δ respectively two depointing angles relative to the normal of the array antenna in said orthogonal directions,
in which γ is different from α and/or δ is different from β

Avantageusement, le deuxième moyen d’alimentation est configuré de manière à pouvoir transmettre une onde électromagnétique sur chacune des L lignes du réseau d’éléments rayonnants en mode progressif selon deux directions afin que l’antenne réseau puisse en outre rayonner selon une quatrième direction [γ, -δ].Advantageously, the second supply means is configured so as to be able to transmit an electromagnetic wave on each of the L lines of the array of radiating elements in progressive mode in two directions so that the array antenna can also radiate in a fourth direction [ γ, -δ].

Selon un mode de réalisation, les premiers moyens d’alimentation et les premiers moyens de couplage sont configurés de manière à transmettre une onde électromagnétique en mode progressif aux M lignes avec un déphasage Δψ constant entre deux lignes successives, les deuxièmes moyens d’alimentation et les deuxième moyens de couplage sont configurés de manière à transmettre une onde électromagnétique en mode progressif aux L lignes auxquelles les deuxièmes moyens d’alimentation sont couplés avec un déphasage Δψ' constant entre deux lignes successives, avec Δψ différent de Δψ’.According to one embodiment, the first supply means and the first coupling means are configured so as to transmit an electromagnetic wave in progressive mode to the M lines with a constant phase shift Δψ between two successive lines, the second supply means and the second coupling means are configured so as to transmit an electromagnetic wave in progressive mode to the L lines to which the second supply means are coupled with a constant phase shift Δψ' between two successive lines, with Δψ different from Δψ'.

Dans l’antenne réseau en mode progressif selon l'invention, pour chacune des L lignes du réseau d’éléments rayonnant couplées au deuxième moyen d’alimentation, les éléments rayonnants peuvent être divisés en deux groupes :

  • un premier groupe d’éléments rayonnants adjacents positionnés vers la première extrémité de la ligne et adaptés à la transmission en mode progressif d’une onde électromagnétique par le premier moyen d’alimentation,
  • un deuxième groupe d’éléments rayonnants adjacents positionné vers la deuxième extrémité de la ligne et adaptés à la transmission en mode progressif d’une onde électromagnétique par le deuxième moyen d’alimentation.
In the progressive mode array antenna according to the invention, for each of the L lines of the array of radiating elements coupled to the second supply means, the radiating elements can be divided into two groups:
  • a first group of adjacent radiating elements positioned towards the first end of the line and adapted to the transmission in progressive mode of an electromagnetic wave by the first supply means,
  • a second group of adjacent radiating elements positioned towards the second end of the line and adapted to the transmission in progressive mode of an electromagnetic wave by the second supply means.

Selon un mode de réalisation de l’antenne réseau en mode progressif selon l’invention, pour chacune des L lignes du réseau d’éléments rayonnant couplées au deuxième moyen d’alimentation, les éléments rayonnants du premier groupe d’éléments sont espacés d’une distance Δx, et les éléments rayonnants du deuxième groupe d’éléments sont espacés d’une distance Δx’, avec Δx différent de Δx’.According to one embodiment of the array antenna in progressive mode according to the invention, for each of the L lines of the array of radiating elements coupled to the second supply means, the radiating elements of the first group of elements are spaced apart by a distance Δx, and the radiating elements of the second group of elements are spaced apart by a distance Δx', with Δx different from Δx'.

Avantageusement :

  • le premier moyen d’alimentation, les premiers moyens de couplage et les éléments rayonnants du premier groupe d’éléments rayonnants sont configurés de manière à ce qu’après avoir excité en mode progressif chaque élément rayonnant du premier groupe d’éléments rayonnants, une onde électromagnétique transmise dans chacune des L lignes par les premiers moyens d’alimentation puisse être entièrement dissipée par les éléments rayonnants du deuxième groupe d’éléments rayonnants,
  • le deuxième moyen d’alimentation, les deuxièmes moyens de couplage et les éléments rayonnants du deuxième groupe d’éléments rayonnants sont configurés de manière à ce qu’après avoir excité en mode progressif chaque élément rayonnant du deuxième groupe d’éléments rayonnants, une onde électromagnétique transmise dans chacune des L lignes (733) par les deuxièmes moyens d’alimentation puisse être entièrement dissipée par les éléments rayonnants du premier groupe d’éléments rayonnants.
Advantageously:
  • the first power supply means, the first coupling means and the radiating elements of the first group of radiating elements are configured so that after having excited in progressive mode each radiating element of the first group of radiating elements, a wave transmitted in each of the L lines by the first supply means can be entirely dissipated by the radiating elements of the second group of radiating elements,
  • the second power supply means, the second coupling means and the radiating elements of the second group of radiating elements are configured so that after having excited in progressive mode each radiating element of the second group of radiating elements, a wave transmitted in each of the L lines (733) by the second supply means can be entirely dissipated by the radiating elements of the first group of radiating elements.

Selon un mode de réalisation d’une antenne réseau selon l’invention, le premier moyen d’alimentation, les premiers moyens de couplage et les éléments rayonnants des M-L lignes non reliées au deuxième moyen d’alimentation sont configurés de manière à ce qu’après avoir excité en mode progressif les éléments rayonnant d’une des M-L lignes, le niveau de puissance résiduel d’une onde électromagnétique transmise dans ladite M-L ligne par les premiers moyens d’alimentation soit inférieur à la puissance rayonnée par un des élément rayonnants de la ligne, et dans laquelle les M-L lignes sont terminées par une charge reliée à leur deuxième extrémité.According to one embodiment of an array antenna according to the invention, the first feed means, the first coupling means and the radiating elements of the M-L lines not connected to the second feed means are configured so that after having excited in progressive mode the radiating elements of one of the M-L lines, the residual power level of an electromagnetic wave transmitted in said M-L line by the first supply means is lower than the power radiated by one of the radiating elements of the line, and in which the M-L lines are terminated by a load connected to their second end.

Selon un autre mode de réalisation d’une antenne réseau selon l’invention, le premier moyen d’alimentation et les premiers moyens de couplage sont configurés pour transmettre une onde électromagnétique de puissance sensiblement identique sur les M lignes, et les M-L lignes non reliées au deuxième moyen d’alimentation sont court-circuitées à leur deuxième extrémité.According to another embodiment of an array antenna according to the invention, the first feed means and the first coupling means are configured to transmit an electromagnetic wave of substantially identical power over the M lines, and the M-L lines not connected to the second supply means are short-circuited at their second end.

L’invention porte également sur un système antennaire comprenant une antenne réseau en mode progressif selon un mode de réalisation de l’invention et des moyens de commutation reliés au premier moyen d’alimentation et au deuxième moyen d’alimentation de l’antenne réseau, le système antennaire étant configuré pour piloter les moyens de commutation de manière à ce que l’antenne réseau en mode progressif forme un faisceau choisi parmi un ensemble d’au moins trois faisceaux pointés dans des directions différentes.The invention also relates to an antenna system comprising an array antenna in progressive mode according to one embodiment of the invention and switching means connected to the first supply means and to the second supply means of the array antenna, the antenna system being configured to control the switching means so that the array antenna in progressive mode forms a beam chosen from among a set of at least three beams pointed in different directions.

L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, donnée à titre non limitatif, et grâce aux figures annexées, données à titre d’exemple.The invention will be better understood and other characteristics, details and advantages will appear better on reading the following description, given without limitation, and thanks to the appended figures, given by way of example.

La représente schématiquement la propagation d’une onde électromagnétique au sein d’un réseau linéaire de N éléments rayonnants. The schematically represents the propagation of an electromagnetic wave within a linear network of N radiating elements.

La représente schématiquement le déphasage d’une onde électromagnétique rayonnée par un réseau linéaire selon l’état de l’art opérant en mode progressif. The schematically represents the phase shift of an electromagnetic wave radiated by a linear network according to the state of the art operating in progressive mode.

La représente une antenne réseau en mode progressif en technologie imprimée selon l’état de l’art. The represents an array antenna in progressive mode in printed technology according to the state of the art.

La représente le réseau d’éléments rayonnants d’une antenne réseau en mode progressif selon l’état de l’art. The represents the array of radiating elements of an array antenna in progressive mode according to the state of the art.

La représente des moyens de couplage entre un guide d’alimentation et des guides rayonnants dans une antenne réseau en mode progressif. The represents coupling means between a feed guide and radiating guides in an array antenna in progressive mode.

La représente les faisceaux générés par un aéronef équipé d’une antenne réseau en mode progressif à deux dimensions alimentées en double excitation selon l’état de l’art. The represents the beams generated by an aircraft equipped with a two-dimensional progressive mode array antenna supplied with double excitation according to the state of the art.

La représente une antenne réseau en mode progressif selon un mode de réalisation de l’invention. The represents a progressive mode array antenna according to one embodiment of the invention.

La représente les faisceaux formés par l’antenne réseau en mode progressif de la . The represents the beams formed by the array antenna in progressive mode of the .

La représente des diagrammes de rayonnement de faisceaux formés par une antenne réseau en mode progressif telle que celle présentée à la . The shows radiation patterns of beams formed by a progressive mode array antenna such as the one shown in .

Des références identiques peuvent être utilisées dans des figures différentes lorsqu’elles désignent des éléments identiques ou comparables.Identical references may be used in different figures when they designate identical or comparable elements.

Claims (9)

Antenne réseau en mode progressif comprenant un réseau d’éléments rayonnants (711, 712, 7M1, 7MN) répartis sur M lignes parallèles régulièrement espacées (701, 702, 70M), avec M supérieur ou égal à 1, les lignes du réseau d’éléments rayonnants comprenant une première extrémité d’un côté du réseau d’éléments rayonnants et une deuxième extrémité de l’autre côté du réseau d’éléments rayonnants, les éléments rayonnants de chacune des M lignes étant reliés de sorte qu’une onde électromagnétique transmise par une extrémité de la ligne puisse exciter l’ensemble des éléments rayonnants de la ligne à partir de ladite extrémité, l’antenne réseau en mode progressif étant caractérisée en ce qu’elle comprend en outre :
  • un premier moyen d’alimentation (721) couplé à la première extrémité des M lignes du réseau d’éléments rayonnants par des premiers moyens de couplage de manière à pouvoir transmettre en mode progressif selon deux directions une onde électromagnétique par chacune des M lignes du réseau d’éléments rayonnants, le premier moyen d’alimentation, les premiers moyens de couplage et au moins un des éléments rayonnants de chacune des M lignes étant configurés de manière à ce que l’antenne réseau puisse rayonner selon une première direction [α, β] et selon une deuxième direction [α, -β], avec α et β respectivement deux angles de dépointage par rapport à la normale de l’antenne réseau dans des directions orthogonales,
  • un deuxième moyen d’alimentation (731) couplé à la deuxième extrémité de L lignes (733) du réseau d’éléments rayonnants par des deuxièmes moyens de couplage de manière à pouvoir transmettre en mode progressif une onde électromagnétique par chacune des L lignes du réseau d’éléments rayonnants, avec L inférieur ou égal à M, le deuxième moyen d’alimentation, les deuxièmes moyens de couplage et au moins un des éléments rayonnants (732) de chacune des L lignes étant configurés de manière à ce que l’antenne réseau puisse rayonner selon au moins une troisième direction [γ, δ], avec γ et δ respectivement deux angles de dépointage par rapport à la normale de l’antenne réseau dans lesdites directions orthogonales,
et en ce que γ est différent de α et/ou δ est différent de β .Network antenna in progressive mode comprising a network of radiating elements (711, 712, 7M1, 7MN) distributed over M regularly spaced parallel lines (701, 702, 70M), with M greater than or equal to 1, the lines of the network of radiating elements comprising a first end on one side of the array of radiating elements and a second end on the other side of the array of radiating elements, the radiating elements of each of the M lines being connected so that a transmitted electromagnetic wave by one end of the line can excite all of the radiating elements of the line from said end, the array antenna in progressive mode being characterized in that it further comprises:
  • a first supply means (721) coupled to the first end of the M lines of the network of radiating elements by first coupling means so as to be able to transmit in progressive mode in two directions an electromagnetic wave by each of the M lines of the network of radiating elements, the first feed means, the first coupling means and at least one of the radiating elements of each of the M lines being configured so that the array antenna can radiate in a first direction [α, β ] and in a second direction [α, -β], with α and β respectively two depointing angles relative to the normal of the array antenna in orthogonal directions,
  • a second supply means (731) coupled to the second end of L lines (733) of the network of radiating elements by second coupling means so as to be able to transmit in progressive mode an electromagnetic wave by each of the L lines of the network of radiating elements, with L less than or equal to M, the second feed means, the second coupling means and at least one of the radiating elements (732) of each of the L lines being configured so that the antenna array can radiate in at least a third direction [γ, δ], with γ and δ respectively two offset angles relative to the normal of the array antenna in said orthogonal directions,
and in that γ is different from α and/or δ is different from β . Antenne réseau en mode progressif selon la revendication 1, dans lequel le deuxième moyen d’alimentation (731) est configuré de manière à pouvoir transmettre une onde électromagnétique sur chacune des L lignes (733) du réseau d’éléments rayonnants en mode progressif selon deux directions afin que l’antenne réseau puisse en outre rayonner selon une quatrième direction [γ, -δ].An array antenna in progressive mode according to claim 1, in which the second feed means (731) is configured so as to be able to transmit an electromagnetic wave on each of the L lines (733) of the array of radiating elements in progressive mode according to two directions so that the array antenna can also radiate in a fourth direction [γ, -δ]. Antenne réseau en mode progressif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les premiers moyens d’alimentation (721) et les premiers moyens de couplage sont configurés de manière à transmettre une onde électromagnétique en mode progressif aux M lignes (701, 702, 70M) avec un déphasage Δψ constant entre deux lignes successives, et dans lequel les deuxièmes moyens d’alimentation (731) et les deuxième moyens de couplage sont configurés de manière à transmettre une onde électromagnétique en mode progressif aux L lignes (733) auxquelles les deuxièmes moyens d’alimentation sont couplés avec un déphasage Δψ' constant entre deux lignes successives, avec Δψ différent de Δψ’.Progressive mode array antenna according to one of the preceding claims, in which the first feed means (721) and the first coupling means are configured so as to transmit an electromagnetic wave in progressive mode to the M lines (701, 702, 70M) with a constant phase shift Δψ between two successive lines, and in which the second supply means (731) and the second coupling means are configured so as to transmit an electromagnetic wave in progressive mode to the L lines (733) to which the second supply means are coupled with a constant phase shift Δψ' between two successive lines, with Δψ different from Δψ'. Antenne réseau en mode progressif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, pour chacune des L lignes (733) du réseau d’éléments rayonnant couplées au deuxième moyen d’alimentation, les éléments rayonnants peuvent être divisés en deux groupes :
  • un premier groupe d’éléments rayonnants adjacents positionnés vers la première extrémité de la ligne et adaptés à la transmission en mode progressif d’une onde électromagnétique par le premier moyen d’alimentation (721),
  • un deuxième groupe d’éléments rayonnants adjacents positionné vers la deuxième extrémité de la ligne et adaptés à la transmission en mode progressif d’une onde électromagnétique par le deuxième moyen d’alimentation (731).
Progressive mode array antenna according to one of the preceding claims, in which, for each of the L lines (733) of the array of radiating elements coupled to the second feed means, the radiating elements can be divided into two groups:
  • a first group of adjacent radiating elements positioned towards the first end of the line and adapted to the transmission in progressive mode of an electromagnetic wave by the first supply means (721),
  • a second group of adjacent radiating elements positioned towards the second end of the line and adapted to the transmission in progressive mode of an electromagnetic wave by the second supply means (731).
Antenne réseau en mode progressif selon la revendication 4, dans laquelle pour chacune des L lignes (733) du réseau d’éléments rayonnant couplées au deuxième moyen d’alimentation, les éléments rayonnants du premier groupe d’éléments sont espacés d’une distance Δx, et les éléments rayonnants du deuxième groupe d’éléments sont espacés d’une distance Δx’, avec Δx différent de Δx’.A progressive mode array antenna according to claim 4, wherein for each of the L rows (733) of the array of radiating elements coupled to the second feed means, the radiating elements of the first group of elements are spaced apart by a distance Δx , and the radiating elements of the second group of elements are spaced apart by a distance Δx', with Δx different from Δx'. Antenne réseau en mode progressif selon l’une des revendications 4 et 5, dans laquelle :
  • le premier moyen d’alimentation (721), les premiers moyens de couplage et les éléments rayonnants du premier groupe d’éléments rayonnants sont configurés de manière à ce qu’après avoir excité en mode progressif chaque élément rayonnant du premier groupe d’éléments rayonnants, une onde électromagnétique transmise dans chacune des L lignes (733) par les premiers moyens d’alimentation puisse être entièrement dissipée par les éléments rayonnants du deuxième groupe d’éléments rayonnants,
  • le deuxième moyen d’alimentation (731), les deuxièmes moyens de couplage et les éléments rayonnants du deuxième groupe d’éléments rayonnants (732) sont configurés de manière à ce qu’après avoir excité en mode progressif chaque élément rayonnant du deuxième groupe d’éléments rayonnants, une onde électromagnétique transmise dans chacune des L lignes (733) par les deuxièmes moyens d’alimentation puisse être entièrement dissipée par les éléments rayonnants du premier groupe d’éléments rayonnants.
Network antenna in progressive mode according to one of Claims 4 and 5, in which:
  • the first power supply means (721), the first coupling means and the radiating elements of the first group of radiating elements are configured so that after having excited in progressive mode each radiating element of the first group of radiating elements , an electromagnetic wave transmitted in each of the L lines (733) by the first supply means can be entirely dissipated by the radiating elements of the second group of radiating elements,
  • the second power supply means (731), the second coupling means and the radiating elements of the second group of radiating elements (732) are configured so that after having excited in progressive mode each radiating element of the second group d radiating elements, an electromagnetic wave transmitted in each of the L lines (733) by the second supply means can be entirely dissipated by the radiating elements of the first group of radiating elements.
Antenne réseau en mode progressif selon l’une des revendications 4 à 7, dans laquelle le premier moyen d’alimentation (721), les premiers moyens de couplage et les éléments rayonnants des M-L lignes (723) non reliées au deuxième moyen d’alimentation (731) sont configurés de manière à ce qu’après avoir excité en mode progressif les éléments rayonnant d’une desdites M-L lignes, le niveau de puissance résiduel d’une onde électromagnétique transmise dans ladite M-L ligne par les premiers moyens d’alimentation soit inférieur à la puissance rayonnée par un des élément rayonnants de la ligne, et dans laquelle lesdites M-L lignes (723) sont terminées par une charge reliée à leur deuxième extrémité.Network antenna in progressive mode according to one of Claims 4 to 7, in which the first feed means (721), the first coupling means and the radiating elements of the M-L lines (723) not connected to the second feed means (731) are configured so that after having excited in progressive mode the radiating elements of one of said M-L lines, the residual power level of an electromagnetic wave transmitted in said M-L line by the first supply means is lower than the power radiated by one of the radiating elements of the line, and in which said M-L lines (723) are terminated by a load connected to their second end. Antenne réseau en mode progressif selon l’une des revendications 4 à 6, dans laquelle le premier moyen d’alimentation (721) et les premiers moyens de couplage sont configurés pour transmettre une onde électromagnétique de niveau de puissance sensiblement identique sur les M lignes, et dans laquelle les M-L lignes (723) non reliées au deuxième moyen d’alimentation (731) sont court-circuitées à leur deuxième extrémité.Progressive mode array antenna according to one of Claims 4 to 6, in which the first feed means (721) and the first coupling means are configured to transmit an electromagnetic wave of substantially identical power level on the M lines, and wherein the M-L lines (723) not connected to the second supply means (731) are short-circuited at their second end. Système antennaire comprenant une antenne réseau en mode progressif selon l’une des revendications précédentes et des moyens de commutation reliés au premier moyen d’alimentation (721) et au deuxième moyen d’alimentation (731) de l’antenne réseau, le système antennaire étant configuré pour piloter les moyens de commutation de manière à ce que l’antenne réseau en mode progressif forme un faisceau choisi parmi un ensemble d’au moins trois faisceaux pointés dans des directions différentes.Antenna system comprising an array antenna in progressive mode according to one of the preceding claims and switching means connected to the first supply means (721) and to the second supply means (731) of the array antenna, the antenna system being configured to drive the switching means so that the array antenna in progressive mode forms a beam chosen from a set of at least three beams pointed in different directions.
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US20090298421A1 (en) * 2005-07-04 2009-12-03 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Multibeam refect array

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