WO2000046876A1 - Antenne a balayage electronique bi-bande, a reflecteur hyperfrequence actif - Google Patents

Antenne a balayage electronique bi-bande, a reflecteur hyperfrequence actif Download PDF

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WO2000046876A1
WO2000046876A1 PCT/FR2000/000220 FR0000220W WO0046876A1 WO 2000046876 A1 WO2000046876 A1 WO 2000046876A1 FR 0000220 W FR0000220 W FR 0000220W WO 0046876 A1 WO0046876 A1 WO 0046876A1
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microwave
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substantially parallel
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Claude Chekroun
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Thomson-Csf
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    • H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
    • H01Q5/45—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements using two or more feeds in association with a common reflecting, diffracting or refracting device

Definitions

  • the present invention relates to a dual-band electronic scanning antenna 5, with active microwave reflector. It applies in particular for microwave applications requiring two emission bands which are moreover subject to very low cost production conditions. It can for example be applied for individual stations of communication with scrolling satellites, and more generally for o many types of multimedia applications.
  • antennas comprising an active microwave reflector.
  • the latter also called “reflect array” in Anglo-Saxon literature, is a network with electronically controllable phase shifters 5.
  • This network extends in a plane and comprises a network of phase control elements, or phase network, disposed in front of reflecting means, constituted for example by a metallic plane forming a ground plane.
  • the reflective grating comprises in particular elementary cells each carrying out the reflection and the phase shift, variable on 0 electronic control, of the microwave wave which it receives.
  • a primary source for example a horn, placed in front of the reflective network emits microwave waves towards the latter.
  • Mass applications can be envisaged for such 5 antennas, in particular with the advent of interactive multimedia activities via satellite communications networks.
  • Scrolling satellites are placed around the earth.
  • the ground antennas must follow the satellites.
  • the antennas 0 transmit and receive on two frequency bands, with different phase shifts between these two bands.
  • an object of the invention is to produce a dual-band electronic scanning antenna with a reflecting array intended in particular for mass applications, and therefore of low production cost.
  • the invention relates to an electronic scanning antenna, characterized in that it comprises at least two sources microwave emitting in different frequency bands and having opposite circular polarizations, an active reflective network comprising elementary cells illuminated by the sources and a polarization rotator, interposed between the reflective network and the sources, transforming the circular polarizations into two linear polarizations crossed, an elementary cell comprising two transverse phase shifters, the first phase shifter acting on the waves of a linear polarization and the second phase shifter acting on the waves of the other linear polarization.
  • FIG. 4 a partial sectional view of an example of active network used in an antenna according to the invention
  • FIG. 5 a detailed perspective view of an embodiment of an elementary cell of an active reflective network used in an antenna according to the invention
  • FIG. 1 schematically illustrates an exemplary embodiment of an electronic scanning antenna with an active reflective network in which the microwave distribution is for example of the so-called optical type, that is to say for example ensured using a primary source illuminating the reflective network.
  • the antenna comprises a primary source 1, for example a horn.
  • the primary source 1 emits microwave waves 3 towards the active reflecting network 4, arranged in the Oxy plane.
  • This network reflector 4 comprises a set of elementary cells performing the reflection and the phase shift of the waves it receives.
  • An antenna according to the invention comprises at least two elementary sources, for example of reverse circular polarizations, to illuminate the active reflector 4 whose elementary cells moreover have a given architecture.
  • the two sources emit waves in different frequency bands.
  • Figure 2 schematically illustrates such an antenna.
  • the latter therefore comprises two sources S D , S Gl, for example horns, with respective right and left polarizations. These horns illuminate an active reflective network 4 as described above.
  • a polarization rotation grid 21 is disposed in front of this reflector 4, and interposed between the latter and the sources S 0 , S G.
  • the polarization rotation grid transforms the circularly polarized waves emitted by these sources into linearly polarized waves.
  • An antenna according to the invention can also include linear elementary sources, of crossed polarizations. In this case, there is no need to use a polarization rotation grid.
  • FIG. 3 schematically shows a part of a reflector network 4 in the Oxy plane, by a top view, along F.
  • the reflector comprises a set of elementary cells 10 arranged side by side and separated by zones 20, used for microwave decoupling cells. These cells 10 carry out the reflection and the phase shift of the waves they receive.
  • An elementary cell 10 comprises a phase-shifting microwave circuit disposed in front of a conducting plane. More specifically, as will appear below, the microwave circuit comprises two transverse phase shifters, each dedicated to linear polarization.
  • FIG. 4 is a schematic sectional view, in the Oxz plane, of a possible embodiment of the active reflector 4.
  • the reflector 4 consists of a microwave circuit distributed in the elementary cells 10 and of a conducting plane 42, arranged substantially parallel to the microwave circuit 41, at a predefined distance d.
  • This microwave circuit receives the incident waves, for example substantially planar, emitted by the aforementioned sources S D , S G.
  • the function of the conducting plane 42 is in particular to reflect the microwave waves. It can be formed by any known means, for example parallel wires or a mesh, sufficiently tight, or a continuous plane.
  • the microwave circuit 41 and the conductive plane 42 are preferably produced on two faces of a dielectric support 43, for example of the printed circuit type.
  • the reflector 4 also comprises, preferably on the same printed circuit 43, which is then a multilayer circuit, the electronic circuit necessary for controlling the phase values.
  • FIG 4 there is shown a multilayer circuit whose front face 44 carries the microwave circuit 41, the rear face 45 carries components 46 of the aforementioned electronic control circuit, and the intermediate layers form the conductive plane 42 and for example two component interconnection plans 47 to the microwave circuit 41.
  • FIG. 5 shows, schematically, an exemplary embodiment of an elementary cell 10 of an antenna according to the invention.
  • a cell comprises a phase-shifting microwave circuit, forming part of the microwave circuit mentioned in relation to FIG. 4.
  • the phase-shifting device comprises conductive wires 51, 51 ′ arranged on a support, for example on the front face 44 of the multilayer circuit 43.
  • the wires 51 , 51 'each comprise at least two semiconductor elements with two states 521, 521', 522, 522 ', diodes for example.
  • the embodiment of Figure 5 consists of two conductive son each having two diodes in series, cross-wired and connected together by a central control conductor 53.
  • the conductor central 53 is for example itself connected to a metallized hole 531 which connects the conductive wires 51, 51 ′ to the electronic control circuit arranged on the rear face 45 of the multilayer circuit, via the interconnection circuits.
  • the central conductor 53 is connected to the four diodes 521, 521 ', 522, 522' of the phase shifter, by being wired between the two diodes of each of the conductor wires 51.
  • the ends of the latter are also each connected to a control conductor 54 connected for example itself to a metallized hole 541 produced in the multilayer circuit 43.
  • the ends of the conductive wires 51, 51 ′ are thus connected to the electronic control circuit.
  • each of the four diodes can then be controlled by the electronic control circuit.
  • Each of the diode wires acts on the only waves whose polarization, that is to say the electric field vector, has a component which is parallel to it.
  • the polarization rotation grid 21 transforms for example the right circular polarization into a linear polarization parallel to a conductive wire 51 while it transforms the left circular polarization into a linear polarization parallel to the other conductive wire 51 ', a conductive wire 51 being for example parallel to the direction Ox and the other conductive wire 51 'being for example parallel to the direction Oy.
  • the invention provides decoupling zones 20 which separate the cells 10.
  • decoupling zones 20 which separate the cells 10.
  • a decoupling zone 20 surrounding an elementary cell comprises a conductive strip 62.
  • the end conductors 54 which connect the conductive wires to the electronic control circuit are for example preferably located in the conductive strip 62, without however being electrically connected to the latter. For this purpose, provision is made for an interruption of the strip around the end conductors 54.
  • the conductive strip 62 is for example produced by metallic deposition on the front face 44, between the cells, parallel to the directions Ox and Oy.
  • This strip 62 forms, with the reflective plane 42 which is below, a space of the guide type. wave whose width is the distance d.
  • the distance d is chosen so that it is less than ⁇ / 2, knowing that a wave whose polarization is parallel to the bands cannot propagate in such a space.
  • the reflector according to the invention operates in a certain frequency band and we choose d so that it is less than the smaller of the wavelengths of the two bands.
  • the strip 62 must have a sufficient width for the effect described above to be appreciable. In practice, the width may be of the order of ⁇ / 15.
  • the metallized holes 541 for connecting the conductors 54 to the electronic control circuit. Indeed, these being parallel to the polarization of the stray wave, they are equivalent to a conductive plane forming shielding if they are sufficiently close (at a distance from each other much less than the length of operating wave of the reflector), therefore numerous, for the operating wavelengths of the reflector. If this condition is not fulfilled, it is of course possible to form additional metallized holes 61, having no connection function.
  • the equivalent circuit relates to a conductive wire 51 and its two diodes 521, 522, in fact what corresponds to a phase shifter, associated with a given polarization and therefore with a given frequency band.
  • the incident microwave wave, of linear polarization and parallel to Oy and wires 51 is received on terminals B and B 2 and meets three capacitors C 0l C ,. ,, C, 2 in series, connected in parallel on terminals B ., and B 2 .
  • the capacitance C 0 represents the linear decoupling capacitance between the end conductors 54 and the conductive strip 62 of the decoupling zone 20.
  • the capacitance C facilitateis the linear capacitance between the end conductor 54 connected to the first diode 521 and the central conductor 53.
  • the capacitance C, 2 is the linear capacitance between the end conductor 54 connected to the second diode 522 and the central conductor 53.
  • the first diode 521 At the terminals of the capacitor C
  • the second diode 522 represented by its equivalent diagram.
  • the latter is analogous to that of the first diode 521, its components bearing an index 2.
  • the microwave output voltage is taken between terminals B3 and B4, terminals of the capacitors Crj, C
  • phase shifter 10 The operation of the phase shifter 10 is explained below by considering, in a first step, the behavior of such a circuit in the absence of the second diode 522, which returns to the equivalent diagram of FIG. 7 to remove the 522 as well as the capacity C
  • phase shifter of a cell 10 this phase shifter corresponding to a conducting wire 51, 51 ′, can have four different values for its susceptance Q (denoted Bpi, BQ2. BD3 and BD4) according to the command (direct polarization or inverse) applied to each of the diodes 521, 522.
  • These values are a function of the parameters of the circuit of FIG. 7, that is to say of the values chosen for the geometric parameters (dimensions, shapes and spacings of the different conductive surfaces) and electrical (electrical characteristics of the diodes) of the phase shifter.
  • the cell's susceptibility Bc is then given by:
  • the susceptance Bc can take four distinct values (denoted Bd, Bc2. BC3> and ⁇ C4) corresponding respectively to the four values of BQ, the distance d representing an additional parameter for the determination of the values Bd - Bc4-
  • the parameters of the circuit are chosen so that the zero (or substantially zero) susceptances are such that they correspond to the diodes polarized in the forward direction, but that it is of course possible to choose a symmetrical operation in which the parameters are determined for appreciably cancel the susceptibilities B r ; more generally, it is not necessary that one of the susceptances B or B r is zero, these values being determined so that the condition of equal distribution of the phase shifts d ⁇ -
  • an elementary cell according to its second conducting wire 51 ′ can be described in a similar manner, for the waves emitted by the second source, for example S G , in another frequency band.
  • the active network 4 is illuminated by two sources S D , S G emitting respectively in right and left circular polarization and in two different frequency bands, the polarization rotation grid 21 transforming these two circular polarizations into two crossed linear polarizations allowing the cells of the active network 4 to act independently on two polarizations and in different frequency bands.
  • An elementary cell 10 in fact comprises two transverse phase shifters, preferably controllable, the first phase shifter 51, 521, 522 acting on the waves of a linear polarization and the second phase shifter 51 ', 521', 522 'acting on the waves of the other linear polarization.
  • a phase shifter and therefore its conducting wire, is substantially parallel to the direction of this polarization.
  • the polarization rotation grid 21 is arranged in such a way that the linear polarizations obtained from the circular polarizations are very substantially parallel to the phase shifters concerning them.
  • the polarization rotation grid can be any polarization rotator, in particular, it can be a meander grid or a wire grid.
  • the invention advantageously makes it possible to operate on two frequency bands and to adjust the phase shifts of the waves reflected by the active network, independently of one band to another. Knowing that these phase shifts determine the direction of the beams emitted by the antenna, it is therefore easy and quick to change the direction of the beam for the two frequency bands. This is particularly well suited for tracking scrolling satellites arranged around the Earth used in particular for all kinds of multimedia applications.
  • an antenna according to the invention is well suited for mass use, that is to say intended for a large audience, insofar as it can be produced at low cost. Indeed, it does not contain expensive or complex components to implement.
  • the active network consisting of a multilayer printed circuit with components arranged on these front and rear faces, is not costly to produce. In addition, it is perfectly suited to mass production.
  • the polarization rotation grid used in particular in the case where the elementary sources have circular polarizations as is the case for example for multimedia applications, is also inexpensive.

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Abstract

La présente invention concerne une antenne à balayage électronique bi-bande, à réflecteur hyperfréquence actif. L'antenne comporte au moins deux sources hyperfréquence (SD, SG) émettant dans des bandes de fréquences différentes et présentant des polarisations circulaire opposés, un réseau réflecteur actif (4) comportant des cellules élémentaires éclairées par les sources (SD, SG) et un rotateur de polarisation (21), interposé entre le réseau réflecteur (4) et les sources (SD, SG), transformant les polarisations circulaires en deux polarisations linéaires croisées. Une cellule élémentaire comporte un plan conducteur et deux déphaseurs transversaux, le premier déphaseur est sensiblement parallèle à une polarisation linéaire et le deuxième déphaseur est sensiblement parallèle à l'autre polarisation linéaire. Le plan conducteur est disposé sensiblement parallèle aux déphaseurs. L'invention s'applique notamment pour des applications hyperfréquence nécessitant deux bandes d'émission par ailleurs soumises à des conditions de réalisation à très bas coûts.

Description

Antenne à balayage électronique bi-bande, à réflecteur hyperfréquence actif
La présente invention concerne une antenne à balayage 5 électronique bi-bande, à réflecteur hyperfréquence actif. Elle s'applique notamment pour des applications hyperfréquence nécessitant deux bandes d'émission par ailleurs soumises à des conditions de réalisation à très bas coûts. Elle peut par exemple s'appliquer pour des stations individuelles de communication avec des satellites à défilement, et plus généralement pour o de nombreux types d'applications multimédia.
Il est connu de réaliser des antennes comportant un réflecteur hyperfréquence actif. Ce dernier, par ailleurs nommé « reflect array » dans la littérature anglo-saxonne, est un réseau à déphaseurs commandables 5 électroniquement. Ce réseau s'étend dans un plan et comporte un réseau d'éléments à contrôle de phase, ou réseau phase, disposé devant des moyens réflecteurs, constitués par exemple par un plan métallique formant plan de masse. Le réseau réflecteur comporte notamment des cellules élémentaires réalisant chacune la réflexion et le déphasage, variable sur 0 commande électronique, de l'onde hyperfréquence qu'elle reçoit. Une telle antenne apporte une grande agilité de faisceau. Une source primaire, par exemple un cornet , disposée devant le réseau réflecteur émet vers ce dernier les ondes hyperfréquence.
Des applications de masse sont envisageables pour de telles 5 antennes, en particulier avec l'avènement des activités multimédia interactives via des réseaux de communications par satellites. Pour assurer la continuité d'un réseau de communications, des satellites à défilement sont disposés autour de la terre. Les antennes au sol doivent suivre les satellites. Pour commuter d'un satellite à un autre sans sauts de phases, les antennes 0 émettent et reçoivent sur deux bandes de fréquences, avec des déphasages différents entre ces deux bandes.
Un but de l'invention est de réalisation d'une antenne à balayage électronique bi-bande à réseau réflecteur destinée notamment à des applications de masse, et donc de faible coût de réalisation. 5 A cet effet, l'invention a pour objet une antenne à balayage électronique, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux sources hyperfréquence émettant dans des bandes de fréquences différentes et présentant des polarisations circulaire opposées, un réseau réflecteur actif comportant des cellules élémentaires éclairées par les sources et un rotateur de polarisation, interposé entre le réseau réflecteur et les sources, transformant les polarisations circulaires en deux polarisations linéaires croisées, une cellule élémentaire comportant deux déphaseurs transversaux, le premier déphaseur agissant sur les ondes d'une polarisation linéaire et le deuxième déphaseur agissant sur les ondes de l'autre polarisation linéaire.
D'autres objets, particularités et résultats de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit donnée à titre d'exemple et faite en regard des dessins annexés qui représentent :
- la figure 1, un exemple de réalisation d'une antenne à balayage électronique à réseau réflecteur actif ;
- la figure 2, par une vue schématique, une illustration du principe de fonctionnement d'une antenne selon l'invention ;
- la figure 3, une vue partielle de la face avant d'un exemple de réseau réflecteur actif utilisé dans une antenne selon l'invention ;
- la figure 4, une vue partielle en coupe d'un exemple de réseau actif utilisé dans une antenne selon l'invention ; - la figure 5, une vue détaillée en perspective, d'un exemple de réalisation d'une cellule élémentaire d'un réseau réflecteur actif utilisé dans une antenne selon l'invention ;
- la figure 6, à titre d'exemple, une illustration d'une cellule élémentaire munie d'une protection contre les propagations parasites vers et venant de cellules voisines ;
- la figure 7, un schéma électrique équivalent d'un déphaseur d'une cellule élémentaire.
La figure 1 illustre de façon schématique un exemple de réalisation d'une antenne à balayage électronique à réseau réflecteur actif où la distribution hyperfréquence est par exemple du type dit optique, c'est- à-dire par exemple assurée à l'aide d'une source primaire illuminant le réseau réflecteur. A cet effet, l'antenne comporte une source primaire 1 , par exemple un cornet. La source primaire 1 émet des ondes hyperfréquence 3 vers le réseau réflecteur actif 4, disposé dans le plan Oxy. Ce réseau réflecteur 4 comporte un ensemble de cellules élémentaires réalisant la réflexion et le déphasage des ondes qu'elle reçoivent. Ainsi, par commande des déphasages imprimés à l'onde reçue par chaque cellule, il est possible ainsi qu'il est connu, de former un faisceau hyperfréquence dans la direction souhaitée.
Une antenne selon l'invention comporte au moins deux sources élémentaires, par exemple de polarisations circulaires inverses, pour éclairer le réflecteur actif 4 dont les cellules élémentaires possèdent par ailleurs une architecture donnée. Par ailleurs, les deux sources émettent des ondes dans des bandes de fréquences différentes. La figure 2 illustre de façon schématique une telle antenne. Cette dernière comporte donc deux sources SD, SGl par exemple des cornets, de polarisations respectives droite et gauche. Ces cornets éclairent un réseau réflecteur actif 4 tel que décrit ci- dessus. Une grille de rotation de polarisation 21 est disposée devant ce réflecteur 4, et interposée entre ce dernier et les sources S0, SG. La grille de rotation de polarisation transforme les ondes à polarisation circulaires émises par ces sources en ondes à polarisation linéaire. Une antenne selon l'invention peut aussi comporter des sources élémentaires linéaires, de polarisations croisées. Dans ce cas, il n'est pas besoin d'utiliser une grille de rotation de polarisation.
La figure 3 montre schématiquement une partie de réseau réflecteur 4 dans le plan Oxy, par une vue de dessus, suivant F. Le réflecteur comporte un ensemble de cellules élémentaires 10 disposées côte à côte et séparées par des zones 20, utilisées pour le découplage hyperfréquence des cellules. Ces cellules 10 réalisent la réflexion et le déphasage des ondes qu'elles reçoivent. Une cellule élémentaire 10 comporte un circuit hyperfréquence déphaseur disposé devant un plan conducteur. Plus précisément, comme cela apparaîtra par la suite, le circuit hyperfréquence comporte deux déphaseurs transversaux, dédiés chacun à une polarisation linéaire.
La figure 4 est une vue schématique en coupe, dans le plan Oxz d'un exemple de réalisation possible du réflecteur actif 4. Le réflecteur 4 se compose d'un circuit hyperfréquence réparti dans les cellules élémentaires 10 et d'un plan conducteur 42, disposé sensiblement parallèlement au circuit hyperfréquence 41 , à une distance d prédéfinie. Ce circuit hyperfréquence reçoit les ondes incidentes, par exemple sensiblement plan, émise par les sources précitées SD, SG.
Le plan conducteur 42 a notamment pour fonction de réfléchir les ondes hyperfréquences. Il peut être constitué par tout moyen connu, par exemple des fils parallèles ou un grillage, suffisamment serrés, ou un plan continu. Le circuit hyperfréquence 41 et le plan conducteur 42 sont de préférence réalisés sur deux faces d'un support diélectrique 43, par exemple du type circuit imprimé. Le réflecteur 4 comporte encore, de préférence sur le même circuit imprimé 43, qui est alors un circuit multicouche, le circuit électronique nécessaire à la commande des valeurs de phase. Sur la figure 4, on a représenté un circuit multicouche dont la face avant 44 porte le circuit hyperfréquence 41, la face arrière 45 porte des composants 46 du circuit électronique de commande précité, et les couches intermédiaires forment le plan conducteur 42 et par exemple deux plans 47 d'interconnexions des composants 46 au circuit hyperfréquence 41.
La figure 5 présente, de façon schématique, un exemple de réalisation d'une cellule élémentaire 10 d'une antenne selon l'invention. Une cellule comporte un circuit hyperfréquence déphaseur, formant partie du circuit hyperfréquence évoqué relativement à la figure 4. Le déphaseur comporte des fils conducteurs 51, 51' disposés sur un support, par exemple sur la face avant 44 du circuit multicouche 43. Les fils 51, 51' comportent chacun au moins deux éléments semi-conducteurs à deux états 521, 521', 522, 522', des diodes par exemple. L'exemple de réalisation de la figure 5 se compose de deux fils conducteurs comportant chacun deux diodes en série, câblés transversalement et reliés entre eux par un conducteur central de commande 53. Les diodes étant disposées sur la face avant du circuit multicouche, le conducteur central 53 est par exemple lui-même relié à un trou métallisé 531 qui relie les fils conducteurs 51, 51' au circuit de commande électronique disposés en face arrière 45 du circuit multicouche, via les circuits d'interconnexion. Le conducteur central 53 est relié aux quatre diodes 521, 521', 522, 522' du déphaseur, en étant câblé entre les deux diodes de chacun des fils conducteurs 51. Les extrémités de ces derniers sont par ailleurs reliées chacune à un conducteur de commande 54 relié par exemple lui-même à un trou métallisé 541 réalisé dans le circuit multicouche 43. Les extrémité des fils conducteurs 51, 51' sont ainsi reliées au circuit de commande électronique. L'état, passant ou bloqué, de chacune des quatre diodes peut alors être commandé par le circuit électronique de commande. Chacun des fils à diodes agit sur les seules ondes dont la polarisation, c'est-à-dire le vecteur champ électrique, a une composante qui lui est parallèle. Ainsi, la grille de rotation de polarisation 21 transforme par exemple la polarisation circulaire droite en une polarisation linéaire parallèle à un fil conducteur 51 alors qu'elle transforme la polarisation circulaire gauche en une polarisation linéaire parallèle à l'autre fil conducteur 51', un fil conducteur 51 étant par exemple parallèle à la direction Ox et l'autre fil conducteur 51' étant par exemple parallèle à la direction Oy.
Il est souhaitable qu'une onde reçue par une cellule élémentaire 10 ne se propage pas sur les autres cellules voisines. Pour éviter une telle propagation, l'invention prévoit des zones de découplage 20 qui séparent les cellules 10. En particulier, en ce qui concerne une onde hyperfréquence reçue par les cellules élémentaires 10, polarisée linéairement et parallèlement à la direction Oy, il est souhaitable que cette onde ne se propage pas d'une cellule à l'autre, dans la direction Ox. De même, il est souhaitable qu'une onde reçue polarisée linéairement à la direction Ox ne se propage pas d'une cellule à l'autre dans la direction Oy. La figure 6 présente un exemple de réalisation possible de ces zones de découplage 20. Une zone de découplage 20 entourant une cellule élémentaire comporte une bande conductrice 62. Pour des raisons d'encombrement mais aussi afin de ne pas perturber le fonctionnement des cellules, les conducteurs d'extrémité 54 qui relient les fils conducteurs au circuit électronique de commande sont par exemple de préférence situés dans la bande conductrice 62, sans toutefois être reliés électriquement à cette dernière. A cet effet, il est prévu une interruption de la bande autour des conducteurs d'extrémité 54.
La bande conductrice 62 est par exemple réalisée par dépôt métallique sur la face avant 44, entre les cellules, parallèlement aux directions Ox et Oy. Cette bande 62 forme, avec le plan réflecteur 42 qui est en dessous, un espace du type guide d'onde dont la largeur est la distance d. Selon l'invention, on choisit la distance d pour qu'elle soit inférieure à λ/2, sachant qu'une onde dont la polarisation est parallèle aux bandes ne peut pas se propager dans un tel espace. En pratique, le réflecteur selon l'invention fonctionne dans une certaine bande de fréquences et on choisit d pour qu'elle soit inférieure à la plus petite des longueurs d'onde des deux bandes. En outre, la bande 62 doit avoir une largeur suffisante pour que l'effet décrit précédemment soit sensible. En pratique, la largeur peut-être de l'ordre de λ/15.
Par ailleurs, il peut être créé de façon parasite dans une cellule, une onde dont la polarisation serait dirigée selon la direction Oz, normale aux directions Ox et Oy. Il est également souhaitable d'éviter sa propagation vers les cellules voisines. Pour cela, on peut utiliser comme représenté figure 6 les trous métallisés 541 de connexion des conducteurs 54 au circuit électronique de commande. En effet, ceux-ci étant parallèles à la polarisation de l'onde parasite, ils sont équivalents à un plan conducteur formant blindage s'ils sont suffisamment rapprochés (à une distance l'un de l'autre très inférieure à la longueur d'onde de fonctionnement du réflecteur), donc nombreux, pour les longueurs d'onde de fonctionnement du réflecteur. Si cette condition n'est pas remplie, on peut bien entendu former des trous métallisés supplémentaires 61, n'ayant pas de fonction de connexion. Si ceux-ci débouchent dans la bande conductrice 62, ils sont alors sans contact électrique avec cette dernière. Pour décrire le fonctionnement d'une cellule, il est nécessaire de considérer le circuit équivalent d'un déphaseur 10 tel que représenté par la figure 7. Le circuit équivalent concerne un fil conducteur 51 et ses deux diodes 521 , 522, en fait ce qui correspond à un déphaseur, associé à une polarisation donnée et donc à une bande de fréquence donnée. L'onde hyperfréquence incidente, de polarisation linéaire et parallèle à Oy et aux fils 51 est reçue sur des bornes B et B2 et rencontre trois capacités C0l C,.,, C,2 en série, connectées en parallèle sur les bornes B., et B2. La capacité C0 représente la capacité linéique de découplage entre les conducteurs d'extrémité 54 et la bande conductrice 62 de la zone de découplage 20. La capacité C„ est la capacité linéique entre le conducteur d'extrémité 54 relié à la première diode 521 et le conducteur central 53. La capacité C,2 est la capacité linéique entre le conducteur d'extrémité 54 relié à la deuxième diode 522 et le conducteur central 53.
Aux bornes de la capacité C|i est connectée la première diode 521, également représentée par son schéma équivalent. Ce dernier est constitué d'une inductance L, inductance de la diode 521 compte tenu de son fil de connexion, en série avec :
- soit une capacité Cj-| (capacité de jonction de la diode) en série avec une résistance RJI (résistance inverse), - soit une résistance Rdi (résistance directe de la diode), selon que la diode 521 est en sens inverse ou direct, ce qui est symbolisé par un interrupteur 2-|
De la même manière, aux bornes de la capacité C|2 est connectée la deuxième diode 522 représentée par son schéma équivalent. Ce dernier est analogue à celui de la première diode 521, ses composants portant un indice 2.
La tension de sortie hyperfréquence est prise entre des bornes B3 et B4, bornes des capacités Crj, C|-|, et C .
Le fonctionnement du déphaseur 10 est expliqué ci-après en considérant, dans une première étape, le comportement d'un tel circuit en l'absence de la deuxième diode 522, ce qui revient sur le schéma équivalent de la figure 7 à supprimer le 522 ainsi que la capacité C|2-
Lorsque la première diode 521 est polarisée en direct, la s'écrit :
Figure imgf000009_0001
où Z est l'impédance de l'onde incidente et ω est la pulsation correspondant à la fréquence centrale d'une des deux bandes de fonctionnement de l'antenne. A titre d'exemple, on considère que le premier fil conducteur 51 reçoit les ondes émises par la source de polarisation circulaire droite SD. On choisit par exemple les paramètres du circuit pour avoir
Bdi s 0, c'est-à-dire que, en négligeant sa conductance, le circuit soit adapté ou, en d'autres termes, qu'il soit transparent à l'onde hyperfréquence incidente, n'introduisant ni réflexion parasite, ni déphasage (dφdi = 0). Plus précisément, on choisit : LCnω2 = 1 ce qui conduit à Bd = 0, quelle que soit notamment la valeur de la capacité On.
Lorsque la première diode est polarisée en inverse, la susceptance Brι du circuit s'écrit :
Figure imgf000010_0001
La capacité C|i étant fixée précédemment, il apparaît qu'on peut ajuster la valeur de la susceptance Brι par action sur la valeur de la capacité Cj, c'est-à-dire le choix de la diode 521. Si maintenant, dans une deuxième étape, on prend en considération l'existence de la deuxième diode 522, on voit que, par un raisonnement analogue, on obtient deux autres valeurs distincts pour la susceptance, selon que la diode 522 est polarisée en direct ou en inverse.
Il apparaît ainsi qu'un déphaseur d'une cellule 10, ce déphaseur correspondant à un fil conducteur 51 , 51', peut présenter quatre valeurs différentes pour sa susceptance Q (notées Bpi , BQ2. BD3 et BD4) selon la commande (polarisation directe ou inverse) appliquée à chacune des diodes 521, 522. Ces valeurs sont fonction des paramètres du circuit de la figure 7, c'est-à-dire des valeurs choisies pour les paramètres géométriques (dimensions, formes et espacements des différentes surfaces conductrices) et électriques (caractéristiques électriques des diodes) du déphaseur. En particulier, il est nécessaire de tenir compte de la contrainte de définition de la bande conductrice 62 évoquée précédemment lors de la détermination des différents paramètres pour la fixation des déphasages dφ-| - dς>4 Si, maintenant, on étudie le comportement de l'ensemble de la cellule 10, c'est-à-dire le déphaseur en association avec le plan conducteur 42, on doit tenir compte de la susceptance due à ce plan 42, ramenée dans le plan du déphaseur et notée Bec- cM s'écrit :
2πd B = -cotg ce λ où λ est la longueur d'onde correspondant à la pulsation ω.
La susceptance Bc de la cellule est alors donnée par :
BQ = BQ + BQC
Il suit que la susceptance Bc peut prendre quatre valeurs distinctes (notées Bd , Bc2. BC3 >et ^C4) correspondant respectivement aux quatre valeurs de BQ, la distance d représentant un paramètre supplémentaire pour la détermination des valeurs Bd - Bc4- On sait par ailleurs que le déphasage (dφ) imprimé par une admittance (Y) à une onde hyperfréquence est de la forme : dφ = 2 arctg Y
Il apparaît ainsi que, en négligeant la partie réelle de l'admittance d'une cellule, on a : dφ s 2 arctg Bc et qu'on obtient quatre valeurs possibles (dφ-j - dφ4) de déphasage par cellule, selon la commande appliquée à chacune des diodes D-j et D2- Les différents paramètres sont choisis pour que les quatre valeurs dφ-| - dq>4 soient équiréparties, par exemple mais non obligatoirement : 0, 90°, 180°, 270°. Ces quatre états correspondent à une commande numérique codée sur deux bits. Il est possible d'étendre une commande à trois bit correspondant à huit états, déphasés par exemple chacun de 45°, en ajoutant par exemple une diode sur le fil conducteur 51. II est à noter qu'on a décrit ci-dessus le cas dans lequel on choisit les paramètres du circuit pour que les susceptances nulles (ou sensiblement nulles) soient telles qu'elles correspondent aux diodes polarisées dans le sens direct, mais qu'on peut bien entendu choisir un fonctionnement symétrique dans lequel les paramètres sont déterminés pour annuler sensiblement les susceptances Br ; plus généralement, il n'est pas nécessaire que l'une des susceptances B ou Br soit nulle, ces valeurs étant déterminées pour que la condition d'équirépartition des déphasages dφ-|-dφ4 soit remplie.
Le fonctionnement d'une cellule élémentaire selon son deuxième fil conducteur 51' peut être décrit de façon analogue, pour les ondes émise par la deuxième source, par exemple SG, dans une autre bande de fréquence. Ainsi, selon l'invention, le réseau actif 4 est éclairé par deux sources SD, SG émettant respectivement en polarisation circulaire droite et gauche et dans deux bandes de fréquences différentes, la grille de rotation de polarisation 21 transformant ces deux polarisations circulaires en deux polarisations linéaires croisées permettant aux cellules du réseau actif 4 d'agir indépendamment sur deux polarisations et dans des bandes de fréquences différentes. Une cellule élémentaire 10 comporte en fait deux déphaseurs transversaux, de préférence commandables, le premier déphaseur 51, 521, 522 agissant sur les ondes d'une polarisation linéaire et le deuxième déphaseur 51', 521', 522' agissant sur les ondes de l'autre polarisation linéaire. En particulier, pour agir sur une onde de polarisation donnée, un déphaseur, et donc son fil conducteur, est sensiblement parallèle à la direction de cette polarisation. A cet effet, la grille de rotation de polarisation 21 est disposée de telle façon que les polarisations linéaires obtenues à partir des polarisations circulaires sont bien sensiblement parallèles aux déphaseurs les concernant.
Après réflexion et déphasage sur le réflecteur actif 4, les ondes traversent de nouveau la grille de rotation de polarisation 21. Les polarisations linéaires croisées redeviennent alors des polarisations circulaires gauche et droite, une polarisation verticale étant par exemple transformée en une polarisation circulaire droite et une polarisation horizontale étant par exemple transformée en une polarisation circulaire gauche. La grille de rotation de polarisation peut être un rotateur de polarisation quelconque, en particulier, elle peut être une grille à méandre ou une grille à fils.
L'invention permet avantageusement de fonctionner sur deux bandes de fréquences et de régler les déphasages des ondes réfléchies par le réseau actif, indépendamment d'une bande à l'autre. Sachant que ces déphasages déterminent la direction des faisceaux émis par l'antenne, il est donc aisé et rapide de changer la direction du faisceau pour les deux bandes de fréquences. Cela est particulièrement bien adapté pour suivre des satellites à défilement disposés autour de la Terre utilisés notamment pour toutes sortes d'applications multimédia. Enfin, une antenne selon l'invention est bien adapté pour une utilisation de masse, c'est-à-dire destinée à un large public, dans la mesure où elle peut être réalisée à faible coût. En effet, elle ne comporte pas de composants coûteux ou complexes à mettre en oeuvre. En particulier, le réseau actif, constitué d'un circuit imprimé multicouche avec des composants disposés sur ces faces avant et arrière n'est pas de réalisation coûteuse. De plus, il est parfaitement adapté à une réalisation de grande série. Enfin, la grille de rotation de polarisation, utilisée dans le cas notamment où les sources élémentaires sont à polarisations circulaires comme c'est le cas par exemple pour des applications multimédia, est elle aussi bon marché.

Claims

REVENDICATIONS
1. Antenne à balayage électronique, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux sources hyperfréquence (SD, SG) émettant dans des bandes de fréquences différentes, un réseau réflecteur actif (4) comportant des cellules élémentaires (10) éclairées par les sources (SD) SG), une cellule élémentaire (10) comportant un plan conducteur (42) et deux déphaseurs transversaux, le premier déphaseur (51 , 521 , 522) étant sensiblement parallèle à une polarisation linéaire et le deuxième déphaseur (51', 521', 522') étant sensiblement parallèle à l'autre polarisation linéaire, le plan conducteur (42) étant disposé sensiblement parallèle aux déphaseurs, un déphaseur comportant au moins un support diélectrique (43), au moins un fil conducteur (51 ) disposé sur le support et portant au moins deux éléments semi-conducteur (521 , 522) à deux états, le fil étant connecté à des conducteurs de commande (53, 54) des éléments semi-conducteur reliés à un circuit de commande électronique, les caractéristiques de la cellule étant telles qu'à chacun des états des éléments semi-conducteurs correspond une valeur de déphasage donnée (dφ1f dφ2, dφ3, dφ4) de l'onde électromagnétique réfléchie par la cellule (10) dont la polarisation est sensiblement parallèle au fil conducteur (51 ).
2. Antenne selon la revendication 1 , caractérisée en ce qu'un des conducteurs de commande (53) étant central et chaque déphaseur comportant deux éléments semi-conducteurs, le conducteur central (53) est relié aux quatre éléments semi-conducteurs.
3. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les cellules élémentaires (10) sont séparées par des zones de découplage hyperfréquence (20), une zone de découplage comportant un bande conductrice (62) entourant une cellule sensiblement parallèlement aux directions de polarisation et formant avec le plan conducteur (42) un espace guidé où une onde des deux bandes de fréquences ne peut pas se propager.
4. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le support (43) étant du type circuit imprimé multicouche dont une première face (44) porte les circuits hyperfréquence, une première couche intermédiaire porte le plan conducteur (42) et la deuxième face (45) porte des composants (46) du circuit de commande électronique.
5. Antenne selon la revendication 4, caractérisée en ce que le support diélectrique (43) comporte en outre au moins une deuxième couche intermédiaire (47) portant des interconnexions du circuit de commande électronique.
6. Antenne selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que la zone de découplage hyperfréquence (20) comporte des trous métallisés (541 , 61), réalisés dans le support diélectrique (43) à une distance l'un de l'autre inférieure à la longueur d'onde électromagnétique.
7. Antenne selon la revendication 6, caractérisée en ce que certains de ces trous métallisés (541) assurent la liaison entre le circuit de commande et des conducteurs de commande (54).
8. Antenne selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que les trous métallisés (541 , 61) sont réalisés dans la bande conductrice (62) mais sans contact électrique avec cette dernière.
9. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les éléments semi-conducteurs sont des diodes.
10. Antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les sources présentant des polarisations circulaires opposées, elle comporte un rotateur de polarisation (21), interposé entre le réseau réflecteur (4) et les sources, transformant les polarisations circulaires en deux polarisations linéaires croisées.
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